CC BY
13Научно-технический и производственный журнал
шШьпти)
Structural calculations
УДК 693.8 : 69.056.1
Л.М. КОЛЧЕДАНЦЕВ1, д-р техн. наук (orgf@spbgasu.ru); А.Н. УЛЬШИН2, ведущий инженер-конструктор (lesha.ul@mail.ru)
1 Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4) 2 ООО «СтройИнвестПроект» (197198, г. Санкт-Петербург, ул. Маркина, 16а, литер А, помещение 2-Н)
Повышение комплексной технологичности стальной стержневой конструкции путем совершенствования конструктивно-технологического решения
Систематизированы существующие исследования повышения комплексной технологичности. Проведен анализ данных исследования с позиции влияния на технологичность отдельных процессов. Определены эффекты, возникающие в результате применения существующих способов повышения комплексной технологичности на трех стадиях: проектирования, изготовления, монтажа с позиции интересов организации, изготавливающей и монтирующей стальные стержневые конструкции. На основании анализа существующих способов повышения комплексной технологичности на стадии проекта выявлена дополнительная возможность оптимизации технологичности изготовления и монтажа. Поставлен ряд научных задач для получения возможности повышения комплексной технологичности за счет совершенствования конструктивно-технологического решения в организации, изготавливающей и монтирующей данные конструкции. Сформирован следующий способ повышения комплексной технологичности: совершенствование конструктивно-технологического решения стальных стержневых конструкций обеспечивается путем подбора оптимального варианта геометрической формы конструкции (подбираются варианты с близкими значениями конструктивной технологичности) и оптимизации отдельных частей конструкции.
Ключевые слова: комплексная технологичность, технологичность изготовления и монтажа, стальные конструкции, повышение технологичности.
L.M. KOLCHEDANTSEV1, Doctor of Sciences (Engineering) (orgf@spbgasu.ru); A.N. UL'SHIN2, Leading Engineer-Designer (lesha.ul@mail.ru) 1 Saint Petersburg Stare University of Architecture and Civil Engineering (4, 2-ya Krasnoarmeyskaya Street, 190005 Saint Petersburg, Russian Federation) 2 OOO «StroyInvestProekt» (Placement 2-H Letter A, Markina Street, Saint Petersburg, 197198, Russian Federation)
Improvement of Complex Constructability of Steel Lattice Structure by Means of Enhancing
the Structural-Technological Conception
Existing studies of improving the complex constructability are systematized. The analysis of data from the position of the influence on the constructability of some processes has been made. Effects appearing as a result of the use of existing methods of improving the complex constructability at three stages - designing, producing and installing - have been determined from the position of the organization producing and installing steel lattice structures. On the basis of the analysis of existing methods of improving the complex constructability at the design stage an additional possibility to optimize the constructability of production and installation has been revealed. A number of research tasks for obtaining the possibility to improve the complex constructability due to the enhancement of the structural-technological concept in the organization that produces and installs these structures have been set. The following method of improving the complex constructability has been formed: the improvement of the structural-technological concept of steel lattice structures is ensured by selecting the optimal variant of the geometric shape of the structure (variants with close levels of structural constructability are selected) and optimization of some parts of the structure.
Keywords: complex constructability, constructability of production and installation, steel structures, improvement of constructability.
Одним из наиболее важных способов оптимизации технологических процессов в проектировании, изготовлении, транспортировке и монтаже стальных конструкций является повышение комплексной технологичности.
Анализ представленных в табл. 1 данных [1-7] с точки зрения влияния на технологичность отдельных процессов позволил авторам составить табл. 2, в которой отражены эффекты, возникающие в результате применения существующих способов повышения комплексной технологичности на трех стадиях, с позиции интересов организации, изготавливающей и монтирующей стальные стержневые конструкции. Основным требованием для возможности применения в организации, изготавливающей и монтирующей данные конструкции, является высокая точность определения показателей технологичности (включение в
1'2015 ^^^^^^^^^^^^^
них оптимального количества параметров технологичности изготовления и монтажа и параметров конструкции) с учетом различий в технологии изготовления и монтажа [8, 9].
На основании анализа существующих способов повышения комплексной технологичности на стадии проекта авторы выявили дополнительную возможность оптимизации технологичности изготовления и монтажа и в связи с этим необходимость решения ряда научных задач для получения возможности повышения комплексной технологичности за счет совершенствования конструктивно-технологического решения в организации, изготавливающей и монтирующей данные конструкции (на стадии, когда известна технология изготовления и монтажа).
Основными научными задачами являются:
- |27
Расчет конструкций
тшшвв
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 1
Существующие способы повышения комплексной технологичности конструирования, изготовления, транспортировки и монтажа стальных и железобетонных конструкций
Процессы в составе комплексного показателя Описание способа повышения Ссылка в списке литературы
Металлоконструкции
Конструирование, изготовление, монтаж Вариативное проектирование конструкций (вариативность шага колонн, пролета) при укрупненном учете массы конструкции, трудоемкости изготовления и монтажа. Трудоемкость изготовления и монтажа определяется по укрупненным нормам ЕНиР или формулам зависимости от двух параметров - массы и длины без учета технологий изготовления и монтажа. Технологичность конструирования, изготовления, монтажа оценивается в масштабе всего здания, а не на уровне одной конструкции Коклюгина Л.А. (Коклюгина Л. А. Оценка и выбор конструктивного решения металлических конструкций для реализации инвестиционного проекта. Дисс... канд. техн. наук. Казань, 2000.125 с.) Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Гимранов Л.Р [1], Салахутдинов М.А., Кузнецов И.Л. [2], Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. [3]
Конструирование, изготовление Вариативность проектирования положения узлов внутри стержневой конструкции (изменение плоских координат узлов, связывающих стержни). Определение оптимального положения узлов происходит исходя из поиска минимальной суммы затрат на материал (периметр пластины) и трудоемкости операций сварки, резки пластин при изготовлении Алексейцев А.В. [4]
Конструирование, изготовление, транспортировка, монтаж Вариативность проектирования форм и с ними множество критериев оценки процессов конструирования, изготовления, транспортировки и монтажа описательного характера. На стадии проектирования учитываются некоторые общие требования по технологичности изготовления и монтажа, приемлемые для всех технологий Исаев А.В., Кузнецов И.Л [5]
Железобетонные конструкции
Конструирование и эксплуатация Комплексная оценка технологичности на стадии проекта с учетом двух периодов -строительства и эксплуатации. С учетом оптимального сочетания минимального расхода материала и эксплуатационных расходов (отопление). Шаленный В.Т., Папирнык Р.Б. [6], Хромец Ю.Н, Гелайко В.Б. [7]
Таблица 2
Оценка влияния способа повышения комплексной технологичности на технологичность отдельных процессов с позиции интереса организации, изготавливающей и монтирующей стальные конструкции
Актуальный источник Технологичность монтажа Технологичность изготовления Конструктивная технологичность
[1-3] Технологичность монтажа определяется одним параметром - трудоемкостью монтажа. Трудоемкость монтажа определяется двумя способами: - по нормам ЕНиР; - по формуле зависимости от массы и длины. По нормам ЕНиР и формуле зависимости от массы и длины не учитываются различия в технологии монтажа конструкций, но тем не менее приблизительно значения трудоемкости монтажа могут быть близки к фактическим при рассмотрении конструкций до 12 м. В случае монтажа конструкций свыше 12 м значительное влияние оказывают операции укрупнения, которые зависят от параметра укрупняемого узла, используемых вспомогательных средств, что не может быть учтено ЕНиР и формулой зависимости только лишь от массы и длины Технологичность изготовления определяется одним параметром - трудоемкостью изготовления. Трудоемкость изготовления определяется двумя способами: - по нормам ЕНиР; - по формуле зависимости от массы и длины. Прогнозирование повышения технологичности изготовления возможно при одной устаревшей технологии изготовления на заводе. В случае изготовления по современной технологии или на монтажном участке изменение технологичности изготовления не прогнозируется Конструктивная технологичность повышается за счет вариантного проектирования схем здания (поиска оптимального шага колонн, пролета)
[4] Влияния на показатель технологичности монтажа нет, так как изменение положения промежуточных узлов не влияет на трудоемкость монтажа Технологичность изготовления повышается при любых технологиях изготовления. Оптимизация изготовления частичная, так как повышение технологичности изготовления происходит за счет уменьшения трудоемкости лишь некоторых операций изготовления - сварки, резки пластин за счет изменения углов между стержнями и, как следствие, изменения длины сварных швов и периметра пластин Конструктивная технологичность практически не меняется исходя из того, что оптимизация происходит в рамках одной конструкции за счет изменения положения промежуточных узлов
[5] Оптимизация технологичности монтажа частичная, так как уменьшение трудоемкости монтажа происходит только за счет трудоемкости операции постоянного закрепления. (При любых технологиях монтажа трудоемкость операции постоянного закрепления имеет одинаковые значения.) Оптимизация технологичности изготовления частичная, так как повышение технологичности изготовления происходит только за счет уменьшения трудоемкости операций сварки и сборки. (При любых технологиях изготовления трудоемкость операции сварки и сборки имеет одинаковые значения.) Конструктивная технологичность не изменяется, так как рассматриваются одинаковые по форме конструкции; оптимизация идет в рамках одного типа конструкций
[6, 7] Технологичность монтажа не имеет в исследовании высокой значимости, данное обстоятельство никак не учитывает интересы монтирующей организации Технологичность изготовления не имеет в данном исследовании высокой значимости, данное обстоятельство никак не учитывает интересы изготавливающей организации Применительно к стальным стержневым конструкциям конструктивная технологичность имеет первостепенное значение, технологичность эксплуатационную можно вообще не учитывать
28
12015
Научно-технический и производственный журнал
шШстм
Structural calculations
- оценка технологичности изготовления и монтажа c учетом всех возможных технологий изготовления и монтажа в организации, изготавливающей и монтирующей стальные стержневые конструкции;
- оценка технологичности изготовления и монтажа с учетом всех значимых параметров технологичности и параметров конструкций: стержня, краевых узлов, промежуточных узлов, укрупнительных узлов;
- повышение технологичности изготовления и монтажа без уменьшения конструктивной технологичности.
Учитывая научные задачи, выдвинутые авторами, сформирован следующий способ повышения комплексной технологичности: совершенствование конструктивно-технологического решения стальных стержневых конструкций обеспечивается путем подбора оптимального варианта геометрической формы конструкции (подбираются варианты с близкими значениями конструктивной технологичности), оптимизации отдельных частей конструкции.
Подбор оптимального варианта геометрической формы происходит путем оценки параметров вариантных типов конструкций и определения на основании их: конструктивной технологичности, технологичности изготовления, техно-
Список литературы
1. Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Гимранов Л.Р. Новые конструктивные решения стальных каркасов легких многопролетных зданий // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2011. № 1. C. 88-92.
2. Салахутдинов М.А., Кузнецов И.Л. Оптимизация параметров нового конструктивного решения стального каркаса многопролетного здания // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. № 2. С. 94-98.
3. Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. Определение показателей технологичности металлических конструкций // Научный вестник строительства // 2009. № 51. C. 15-18.
4. Алексейцев А.В. Эволюционная оптимизация стальных ферм с учетом узловых соединений стержней // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 5. С. 28-37.
5. Исаев А.В., Кузнецов И.Л. Вариантность критериев оптимальности при синтезе рационального конструктивного решения на примере стропильных ферм // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 1 (11). С. 92-98.
6. Шаленный В.Т., Папирнык Р.Б. Повышение технологичности проектных решений монолитных и сборно-монолитных зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 2. С. 19-21.
7. Хромец Ю.Н., Гелайко В.Б. Выбор рациональных проектных решений с учетом затрат на эксплуатацию зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 4. С. 40-42.
8. Еремеев П.Г. Научно-техническое сопровождение при проектировании, изготовлении и монтаже металлоконструкций // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2007. № 3. С. 28-42.
9. Рябов С.А., Лугачева Н.А. Технологичность конструкций. Кемерово: КузГТУ, 2006. 65 с.
1'2015 ^^^^^^^^^^^^^
логичности монтажа и далее комплексной технологичности в условиях конкретной технологии изготовления и монтажа, на основании значения которой и делается выбор.
Оптимизация отдельных частей (узел, стержень) конструкции происходит за счет изменения значений параметров этих частей, имеющих наибольшее влияние на комплексную технологичность.
Такой подход позволяет увеличить комплексную технологичность по сравнению с традиционным вариантным проектированием.
Основные преимущества предлагаемого авторами способа повышения технологичности:
- совершенствование технологичности происходит за счет поиска альтернативных проектному варианту типов конструкции (несущих одинаковую нагрузку, имеющих одну длину, одну полезную площадь и близкие массы), которые обладают большей технологичностью изготовления и монтажа при определенных технологиях в организации;
- оценка технологичности изготовления и монтажа с учетом всех значимых параметров технологичности и параметров конструкций - стержня, краевых узлов, промежуточных узлов, узлов укрупнения при всех возможных технологиях изготовления и монтажа.
References
1. Kuznecov I.L., Salahutdinov M.A., Gimranov L.R. New constructive solutions of steel frameworks of easy multiflying buildings. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhi-tekturno-stroitel'nogo universiteta. 2011. No. 1, рр. 88-92. (In Russian).
2. Salahutdinov M.A., Kuznecov I.L. Optimization of parameters of the new constructive solution of a steel framework of the multiflying building. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2012. No. 2 , рр. 94-98. (In Russian).
3. Goncharenko D.F., Evel' S.M. Definition of indicators of technological effectiveness of metal designs. Nauchnyj vestnik stroitel'stva. 2009. No. 51, рр. 15-18. (In Russian).
4. Aleksejcev A.V. Evolutionary optimization of steel farms taking into account nodal connections of cores. Inzhenerno-stroitefnyjzhurnal. 2013. No. 5, рр. 28-37. (In Russian).
5. Isaev A.V., Kuznecov I.L. Alternativeness of criteria of an optimality at synthesis of the rational constructive decision on the example of rafter farms. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2009. No. 1, рр. 92-98. (In Russian).
6. Shalennyj V.T., Papirnyk R.B. Increase of technological effectiveness of design solutions of monolithic and combined and monolithic buildings and constructions. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroke!stvo. 2010. No. 2, рр. 19-21. (In Russian).
7. Hromec Ju.N, Gelajko V.B. Choice of rational design decisions taking into account costs of operation of buildings. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2008. No. 4, рр. 40-42. (In Russian).
8. Eremeev P.G. Scientific and technical maintenance at design, production and installation of a metalwork. Montazhnye i special'nye raboty v stroitel'stve. 2007. No. 3, рр. 28-42. (In Russian).
9. Ryabov S.A., Lugacheva N.A. Tekhnologichnost' konstruktsiy [Technological effectiveness of designs]. Kemerovo: KuzGTU. 2006. 65 р.
- [29
