CC BY
110
№ 9 вереснь 2011
датчика относительно корпуса инклинометра, позволяет повысить точность измерений и сократить погрешность до десятых долей градуса.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бодунов С. Б. Математические модели и алгоритмы функционирования инклинометра забойной телеметрической системы на базе твердотельного волнового гироскопа: дисс. канд. Техн., наук : 05.13.18, 05.11.03 / Бодунов Сергей Богданович. — Челябинск, 2003. - 121 с.
2. Ковшов Г. Н. Инклинометры. (основы теории и проектирования) / Ковшов Г. Н., Алимбеков Р. И., Жибер А. В. - Уфа : Гилем, 1998. - 380 с.
3. Ковшов Г. Н. Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении / Ковшов Г. Н., Коловертнов Г. Ю. - Уфа : Изд-во УГНТУ, 2001. - 228 с.
4. Любимцев А. И. Инклинометры на основе неподвижных датчиков : Аппаратное и математическое обеспечение: дисс. канд. техн., наук : 05.13.05 / Любимцев Андрей Ильич. -Уфа, 2004. - 194 с.
5. Рыжков И. В. Погрешности магнитометрических датчиков ориентации и методы их снижения / Рыжков Игорь Викторович // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітек. -Дніпропетровськ : ПДАБА, 2004. - № 6. - С. 37 — 45.
6. Садовникова А. В. Определение электрических параметров и угловых перекосов акселерометров, составляющих преобразователь наклона / Ковшов Г. Н., Садовникова А. В. // Вісник Придніпр. держ. акад. юудівницт. та архітект. - Дніпропетровськ : ПДАБА, 2002. -№.10 - С 46 — 51.
УДК 624.014.2
РАЗРАБОТКИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ В СПЕЦКУРСЕ «МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ»
Н. Г. Братусь., к. т. н., доц, Б. Г. Исмагулов, к. т. н., доц.
Ключевые слова: металлические конструкции, здания арочного типа, пролетные строения кран-балок, усиление элементов ферм.
Постановка проблемы. Специальный курс по любым конструкторским дисциплинам должен более детально и глубоко ознакомить студента с предметом. Это может либо касаться важных теоретических основ курса, либо быть примером практического внедрения тех знаний, которые студенты приобрели при изучении общего курса.
В большинстве высших учебных заведений спецкурс по металлических конструкциям читают несколько преподавателей. Каждый преподаватель, читающий курс, защитил кандидатскую или докторскую диссертацию и знает почти в совершенстве предмет защиты. Поэтому материалы диссертаций должны войти в состав лекции по спецкурсу и побуждать студентов к творчеству.
Выполнение научно-исследовательских и экспериментальных работ часто связано с новыми конструкторскими и патентными разработками. Как автор решал эти проблемы, с итогами проведенных исследований и новыми патентами, имеет смысл поделиться со студентами при чтении спецкурса.
Спецкурс — это часть прожитой творческой жизни, поэтому в спецкурс каждый преподаватель вкладывает своё видение предмета или решаемой задачи, оно почти всегда нестандартно и раскрывает новый подход или много вариантов решения рассматриваемой задачи.
Ниже приведен ряд разработок, выполненных при непосредствнном участии авторов. Эти разработки используются при проведении лекционых занятий, выполнении курсовых работ по спецкурсу и дипломных проектов.
Анализ исследований. В настоящее время издано много книг по спецкурсу. И наша задача в том, чтобы не повторить уже имеющийся материал, а дать новые разделы по металлическим конструкциям, отсутствующие в книгах, статьях и учебниках, разделы, которые рождены практикой жизни.
17
Вісник ПДАБА
В представленных лекциях по спецкурсу:
- дано представление о самых легких зданиях арочного типа с массой примерно 150 Н/м2, наряду с типовыми стандартными зданиями авторы разработали ряд нестандартных решений, а также получили три патента на новые разработки;
- дан новый подход к оценке критериев пространственной работы каркаса при действии ветровой нагрузки;
- дан анализ совершенствования трубчато-балочных пролетных строений мостовых кранов и показана необходимость учета особенностей их наряженно-деформированного состояния, по ряду патентов авторов изготавливают пролетные строения кранов мостового типа;
- обоснована закономерность изменения массы металлических и деревянных балок и ферм в виде пучка прямых;
- показан новый подход к вычислению площади поперчного сечния стержней при вариантном проектировании;
- на основании анализа обследований зданий обсуждается ряд предложений по новым подходам к проектированию конструкций и узлов промзданий, которые отличаются долговечностю и надежностью в эксплуатации;
- обсуждаются способы усиления стержней стропильных ферм, поврежденных при эксплуатации, даются особенности разработки деталировочных чертежей КМД на усиление ферм.
Изложение основного материала 1. Здания арочного типа, выпускаемые предприятием с иностранными инвестициями «Санворд-Украина». Обобщен 15-летний опыт изготовления и монтажа типовых зданий арочного типа из тонколистовой оцинкованной стали пролетами 12.. .18 м. Представлены также разработки зданий, отличающихся от типовых габаритными размерами, характером и величиной нагрузок [1].
Здания используются в сельском хозяйстве и промышленности как хранилища для зерна, овощей и фруктов, укрытия для техники и автомашин, склады строительных материалов и продукции, склады сыпучих материалов, здания кафе, свинарников и др.
Стандартные решения зданий. Бескаркасные складчатые здания арочного типа предназначены для эксплуатации в неагрессивных и слабоагрессивных средах и представляют собой легкую быстровозводимую конструкцию из панелей сложного поперечного сечения, изготовленную из тонкого оцинкованного стального листа путем холодной прокатки. Герметичность сооружения обеспечивается за счет болтового соединения панелей между собой, укладки ленточного герметика вдоль стыков и установки специальных уплотняющих шайб. Узлы опирания на фундаменты герметизируются ленточным и жидким герметиком.
Стандартные здания имеют пролеты 12, 15 и 18 м, и состоят из металлической оболочки арочного очертания (рис. 1) и торцов. Устанавливаются здания на железобетонный фундамент со шпоночным пазом (тип KW) или на металлическую базовую плиту (тип BP). Разработаны технические решения по установке зданий без железобетонного фундамента на металлическую облегченную раму (тип KW) или на усиленную раму (тип BP). Высота зданий на железобетонном фундаменте по внутреннему габариту от уровня чистого пола до низа оболочки равна 4 391, 5 290 и 5 594 мм для пролетов 12 , 15 и 18 м соответственно, а для зданий на металлической фундаментной раме - на 102 мм больше. Для увеличения высоты возможна установка здания на подпорную стенку. Здания предназначены для использования во всех районах Украины, кроме пролета 18 м (ІІІ ветровой и снеговой районы).
Для изготовления используется рулонная оцинкованная сталь толщиной 0,8.1,2 мм с высоким качеством защитного цинкового покрытия.
Это самое легкое здание. Расход стали на 1 м2 площади здания находится в пределах 17,3^15,5 кг/м2, большие значения соответствуют меньшим пролетам.
Длина зданий не ограничена. Монтажные работы производятся с помощью специальной монтажной оснастки. Бригада в составе 6 человек монтирует здание размерами 15x30 м в течение 15 дней без применения грузоподъемных механизмов.
Нестандартные решения зданий. Нестандартные решения зданий образуются установкой типового здания на колонны с обвязкой, подращиванием и увеличением высоты или с использованием поддерживающих металлоконструкций.
Здание пролетами 12.18 м, установленное на колонны с обвязкой, показано на рис.2.
По разработкам автора построены здания увеличенной высоты путем подращивания к типовому решению здания дополнительных панелей длиной около 4 м (рис. 3).
18
№ 9 вереснь 2011
Запатентовано здание с подращиванием панелями и дополнительным усилением консольными стойками (рис. 4). Пространственная работа арочного корпуса обеспечивается за счет установки усиленных продольных элементов в местах поперечной стыковки арочных панелей и присоединения их к рамам торцов.
Рис. 3
Рис. 2
Рис. 4
При необходимости в зданиях возможна установка грузоподъемных механизмов, например, электротельферов. Имеются технические предложения по установке трубчатых монорельсовых балок с опиранием их на рамы торцов.
Разработано проектное предложение на двухэтажное здание в Австрии пролетом 20,1 м, где на первом этаже размещается ангар для вертолета, а на втором - офис. Разработаны и запатентованы здания с использованием поддерживающих металлоконструкций и с различной толщиной листов панелей.
В качестве нестандартных решений разработаны и реализованы боковые въезды для автотранспорта. 2. Закономерности изменения массы несущих конструкций покрытия.
Обоснован метод вычисления массы металлических, деревянных, металлодеревянных несущих конструкций покрытия и арок с помощью формулы пучка прямых [5].
Обработка данных, приведенных в альбомах типовых серий металлических стропильных ферм без подвесного транспорта (1.460, ПК - 01-125, шифр 5992-КМ), массы деревянных балок, металлодеревянных ферм и деревянных арок показала, что массу ферм G0 для каждого расчетного пролета ЬР можно описать пучком прямых с координатами а и b (рис. 5.)
G = k(q - a) + b ■ (1)
19
Вісник ПДАБА
Рис. 5. Изменение массы конструкций в функции нагрузки и пролета Величина коэффициента k, полученная методом наименьших квадратов для п пар Gi и qi каждого пролета Lp одной серии,
к =
П
£(q -a)(Gt -b)
i=1___________________
П
£ (Чі - a)
і=1
(2)
Координаты a и b предварительно были определены графическим построением, а затем уточнены с помощью специально разработанной программы для ЭВМ. Если количество пролетов в серии более двух, то коэффициент k в формуле (2) рационально представить полиномом второй степени в функции расчетного пролета:
к = A = B • Lp + С • 4
(3)
Величины A, В и С, а также координаты а и b для часто применяемых в проектировании типовых серий металлических ферм сведены в таблицу 1.
Т а б л и ц а 1
Параметры для вычисления массы ферм
№ п/п Серия Расчетный пролет фермы Lp, м k = A + B*Lp + С*Ц a, кН/м b, кг Фрагмент геометрической схемы, тип поперечного сечения элементов, размеры, мм
. кг • м А, кН в,— кН С, кг кН • м
1 2 1.460-4**, Д 1.460-4** 17.6- 35,6 17.6- 35.6 46,53 12,09 -5,792 -2,775 0,2540 0,1902 -2,8 -3,4 890 760 і *0,015 _ l[2SE ^ РвОО^п-5000
3 4 1.460- 8** 1.460- 8* 17.6- 35,6 17.6- 35,6 3,90 -0,80 -2,388 -2,534 0.1805 0,1860 -1,2 0,1 780 1030 а т 5[ZSix faoopjaqorrisoo
5 1.460-5, Д 17,6-29,6 32,34 -4,951 0,2556 -2,7 440 _ i-OMOO , 8г~/\ 1-4-оД / \ ha 27№ ЗОООП'-З^ОО
6 1.460-5 17,6- 29,6 16,43 -3,167 0,2120 -4,1 230
7 1.460-5** 23.6 29.6 44,27 83,00 -- -- -- 500 720
20
№ 9 вереснь 2011
П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 1
8 1.460-4** 17.6 23.6 25,84 67,41 -- -- -- 680 760 1-0,015 пг ^ тю^щп-зооо
9 1.460-4* 17,6 16,70 850
10 ПК-01-125 24,0— 36,0 -61,6 2,851 0,0833 -4,8 330 г‘¥8 пг
11 ПК-01- 125** 24,0 — 36,0 -32,1 1,276 0,0792 -7,6 460
12 Шифр 5992* 18,0 — 30,0 110,7 -12,3 0,4361 -2.2 420 Є>. -А. Ipsai ■^З^ОО^ЮОшЗООО
Примечание: * Все элементы ферм из стали с расчетным сопротивлением R=29 кН/см2, без звездочки — R=21 кН/см2;
** Пояса ферм всех серий, а также опорные раскосы по серии 1.460-5 выполнены из стали с расчетным сопротивлением R=29 кН/см2, остальные элементы — R=21 кН/см2;
Д — фермы по альбомам КМД, остальные — по альбомам КМ;
ИН, И0, коп — высоты ферм соответственно по наружным граням поясов, по центру тяжести поясов, по обушкам поясов на опоре.
3. К вопросу вычисления площади сжатых элементов.
В процессе обучения студентов важно показать степень влияния различных параметров на величину площади и металлоемкость конструкций. Для этого при вариантном проектировании пригодна приближенная формула по вычислению коэффициента продольного изгиба с ограничением гибкостей X = 100 .. .120 и расчетного сопротивления Ry = 230 ... 340 МПа:
Ф = 1 - b I
' 100
где bR = 0,39 \RJ 210) МПа. Используя условие устойчивости
(4)
N • Y Ф • А
— R шУс
y • C ?
(5)
выразив радиус инерции сечения через удельный радиус i = i •и и подставив (5) в (4) получим требуемую площадь сечения
. N •у A =--------+ Ъ„
і.
(6)
Ry • yc R 10000 • (i- )2
Из структуры формулы (6) видно, что при постоянных і, Kw, Ry зависимость площади А от нагрузки N прямолинейна по типу A = к • N + b , где к и b — постоянные величины.
В зависимости от тонкостенности профилей удельный радиус инерции приближенно равен, например, для сечения из парных равнополочных уголков:
i = ,/0,0255 • K ; i =J0,0570 • K ;
для тонкостенной трубы i0 =ij0,00398 • Kw , безразмерный параметр Kw вычисляем по формулам, приведенным на рисунке 6.
21
Вісник ПДАБА
h
Kw=
t
К
Рис. 6. Обозначения расчетных параметров поперечных сечений
Например, требуется подобрать сечение стержня из двух равнополочных уголков, расчетные параметры:
l
efa
А
= 2,085 м; Ф = 4,17 м; K = 15; Ry = 240 МПа; N = 813 кН;
Ф
813 • 10 - • 0,95 240 • 0,95 813 • 10- • 0,95 240 • 0,95
+ 0,39-
240 • 2,0852
210 • 10000 • 0,0255 • 15
= 0,00339 + 0,00051 = 0,00401 м
+ 0,39-
240 • 4,172
210 • 10000 • 0,0570 • 15
■ = 0,00339 + 0,00091 = 0,0044 м2
2 = 39,0 см2; = 43,0 см2 .
Принимаем два уголка с площадью поперечного сечения не менее 43,0 см2 (по большей площади) и отношением вылета полки к толщине около 15. Площадь поперечного сечения одного уголка А = 43/2 = 21,5 см2, при Kw = 12 -15 к этой площади наиболее близки по сортаменту уголки 40 я 9 мм , 125 я 9 мм или 125 я 10 мм. Следует помнить, что, в общем случае, величина Kw должна быть ограничена требованиями местной устойчивости полок, особенно при использовании высокопрочных сталей.
После предварительного подбора площади выполняем расчет на устойчивость по нормам.
Пример 1. Принимаем сечение из двух уголков140 я 9мм:
h 140 - 4 5
А = 2 • 24,7 = 49,4 см2; параметр Kw = —^ =--—— = 15,06 .
При толщине фасонки 14 мм радиус инерции принятого сечения относительно осей x и у равны: iX = 4,34 см, iY = 6,24 см. Для расчетных длин l = 2,085 м; ley = 4,17 м гибкости равны:
lef ,x _ 208,5 см
А= — * = 48,04; Ay == 66,83.
lef , y _ 417 см
4 34 см
iy 6 24 см
По большей гибкости находим коэффициент продольного изгиба [8, табл. 72] (pmin = 0,770 .
Расчетные напряжения в стержне:
N_ 840*0,95*10
а = ■
■ = 161,5 МПа < pmm R Yc = 0,770 • 240 • 0,95 = 175,6 МПа
А 49,4 ' 'min y
Недонапряжение составляет (175,6 - 161,5) я 100/175,6 = 8,03 %. Пример 2.Площадь двух уголков 125 я 10:
А = 2^ 24,3 = 48,6 см2, параметр КW = h - 125 4,5
t
10
= 1205.
i
X
Выполняем расчет на устойчивость. При толщине фасонки 14 мм радиус инерции принятого сечения относительно осей x и y равны: iX = 3,85 см, iY = 5,66 см. Для расчетных длин l = 2,085 м; ley = 4,17 м гибкости равны:
1 = f1 = 2085 см = 54,01;
x 3,85 см Расчетные напряжения в стержне:
N • у n 840*0,95*10
1 = V, = ПТш = 73,67, р^п = 0,729 . г 5,66 см
а = ■
= 164,2МПа < pmm •R yc = 0,729 • 240 • 0,95 = 166,2МПа .
А 48,6 ' """ у
Условие устойчивости выполняется, принимаем уголки с меньшей площадью поперечного сечения 125я10 мм и вычисляем предельную гибкость - [8, табл. 19, п. 1, а].
22
№ 9 вереснь 2011
Апред = 180 - 60 • а = 180 - 60 • 0,988 = 120,7 . Большая гибкость: Ах = 73,67 < Апред = 120,7 .
где а =
N •Г„
%MINARyY C
840 • 10 - мН • 0,95 0,729 • 48,6 • 10~4 м2 • 240 • 0,95
0 988
но не менее а = 0,5 согласно примечания к таблице 19 [8].
Если большая гибкость стержня превышает предельную, увеличиваем размеры сечения уголков и снова повторяем расчет. Затем заносим параметры окончательно подобранного сечения в таблицу подбора сечений стержней фермы.
Замечание. Желательно по формуле (6) найти площадь сечения при нескольких значениях Kw, равных 7 ...10 ...12 ...15, исследовав, таким образом, влияние «тонкостенности» профиля на величину площади поперечного сечения. 4. Пространственная работа каркаса при действии ветровой нагрузки
Дана количественная оценка параметра пространственной работы каркаса одноэтажного промздания при действии ветровой нагрузки, зависящего от соотношения жесткостей его основных элементов и длины блока [3]. Предложены расчетные формулы для вариантного проектирования [4].
Пространственные каркасы обеспечивают снижение материалоемкости, повышение долговечности и надежности промзданий. В нормах на проектирование стальных конструкций отсутствуют рекомендации по проектированию каркасов зданий, для которых ветровая нагрузка является наиболее существенной.
Известно большое число одноэтажных промзданий, где эффективно используется пространственная работа каркаса, например, ряд зданий горнообогатительных комбинатов, пролеты нагревательных колодцев, здания сверхмощных трансформаторов и др. Длина таких зданий составляет более пяти шагов рам.
До расчета каркаса с использованием вычислительных комплексов необходимо приближенно оценить влияние соотношений жесткостных параметров поперечных рам, продольного горизонтального диска, рам торцов и длины блока на пространственную работу каркаса.
Рассмотрен каркас одноэтажного промздания, имеющий одинаковые шаг и жесткость поперечных рам, постоянную жесткость горизонтального продольного диска, расположенного в одном уровне. Жесткости торцевых рам предполагаем одинаковыми - равными или значительно большими жесткостей поперечных рам. Ветровая нагрузка действует в плоскостях поперечных рам.
В расчетной схеме горизонтальный диск заменим балкой эквивалентной жесткости EI. Пролет балки L равен длине блока здания. По концам балка оперта на упругие опоры -торцевые рамы. Дискретную связь балки - диска и поперечных рам заменим сплошным упругим основанием винклеровского типа. Коэффициенты постели k и упругого основания в в основной системе метода перемещений равны:
k = r-; р =4— L V 4EI
(7)
где т - сила, приложенная к плоской поперечной раме в уровне диска и вызывающая смещение нагруженного узла на 5 = 1.
Равномерно распределенная ветровая нагрузка q на продольный диск равна:
q =
- R
___p
L ’
p
где Rip - грузовая реакция в дополнительных стержнях 7-х плоских рам.
Качественная картина работы продольного горизонтального диска в предположении абсолютно жестких торцов дана на рисунке 1. Изгибающий момент Мх и прогиб диска ух вдоль координаты х соответственно равны:
q • kMx.
4рг ’
(8)
У
q •k yx
k
(9)
23
Вісник ПДАБА
Начало координат расположено на левом конце балки. Смещение рамы торца в уровне диска:
Jr =-
q
k +
rT - 0.5 • r..
aa zz
Bn
(10)
Прогиб диска у середины блока, равный действительному смещению верха колонн уі рамы по оси і:
Уг = Ух=0,5L = qkBy + (l - ву )• ут . (11)
Изгибающий момент в диске МХ у середины блока:
MX=0,5L = BM '(q - k • УТу ). (12)
Перерезывающая сила в диске QX у торца:
Qx=0 = Bq ■(q - k • УТу ). (13)
Здесь rT — сила, приложенная к плоской раме торца в уровне диска и вызывающая перемещение этого узла на 5 = 1.
Смысл слагаемого 0,5 rii заключается в том, что жесткость рамы торца используется для образования упругого основания.
Ву = 0,05228 •(pL)4 •(K1 - 0,00384);
Вм = 0,12901 • L3 •(K1 - 0,03105);
BQ = 0,40528 • L •(K1 + 0,23370);
K1 =
________1________
0,04106 •(fiL)4 +1 '
В формулах (10 — 13) удержан первый член ряда Фурье, остальные приближенно
просуммированы.
Смещение верха колонн уі, найденное по формуле (11), позволяет определить усилия в раме, расположенной у середины блока, а смещение ут по формуле (10) - усилия в раме торца.
Выводы и предложения.
Безразмерный параметр fiL дает количественную оценку пространственной работы каркаса, нагруженного ветровой нагрузкой:
- fiL < 1 — достигается максимальный эффект пространственной работы путем передачи большой части нагрузки на жесткие торцы;
- fiL < 2,5 — для пространственной работы каркаса необходимо устройство жестких торцов, которые включаются в работу тем больше, чем меньше fiL;
- PL > 2,5 — установка жестких торцов нерациональна, т. к. рамы, расположенные у середины блока, практически не включаются в пространственную работу. В этом случае следует или значительно увеличить изгибную жесткость диска, или спроектировать усиленные рамы с шагом, меньшим 2,5/ft.
5. Опыт реконструкции объектов предприятия ГГКП «Днепропетровский электротранспорт».
Представлен 10-летний опыт реконструкции производственных и общественных зданий предприятия в условиях действующего производства. Даны особенности конструктивных решений зданий и их узлов [3].
Городское государственное коммунальное предприятие «Днепропетровский
электротранстпорт» выполнило большой объем работ по расширению и совершенствованию ремонтной базы подвижного состава.
За семь лет были подвергнуты реконструкции здания электромашинного отделения и отделения пропитки, механосборочного цеха, цеха ремонта подвижного состава ВХ ВРМ, а также здания профилактического ремонта трамваев, здание кузнечно-литейного цеха в депо
№ 4, построено здание спортивного комплекса детского оздоровительного лагеря. ПГАСА были разработаны проекты реконструкции зданий и устройств, включая металлические конструкции и фундаменты, при необходимости разрабатывался проект усиления существующих конструкций.
24
№ 9 вереснь 2011
Критерии при отборе вариантов. Особенностью указанных разработок является то, что реализация их осуществляется в условиях действующего производства на территории, ограниченной или стенами существующих объектов, или габаритами конструкций покрытия, или близлежащими зданиями. Поэтому, как правило, при проектировании рассматривалось от двух до пяти вариантов конструктивных решений. Окончательный вариант утверждался руководством ГГКП «Днепропетровский электротранстпорт».
Основными критериями при отборе вариантов явились:
1. Минимум материалоемкости.
2. Минимум объема здания.
3. Максимум площади обслуживания грузоподъемным оборудованием.
4. Минимум величины эксцентриситетов на фундаменты от вертикальных нагрузок.
5. Обеспечение достаточной дневной освещенности.
6. Обеспечение безопасных условий труда при выполнении технологического процесса.
7. Максимум длины отправочных конструктивных элементов.
8. Минимум монтажной сварки.
9. Применение монтажных узлов, удобных для монтажа и выверки конструкций.
В качестве грузоподъемного оборудования были использованы мостовые электрические краны с электроталями грузоподъемностью 2,0...5,0 т, устройства типа неподвижного козлового крана или передвижные тали [1; 2]. Шаг опор несущих конструкций увязывался с расположением пилястр существующих кирпичных стен, расположением устанавливаемого оборудования и изменялся от 4,0 м до 13,9 м. Подкрановые балки, как правило, без тормозных конструкций, выполнены в виде несимметричного сварного двутавра. Подкрановый рельс из квадрата 50 х 50 мм приваривался прерывистыми швами к верхнему поясу балок. Крепление подкрановых балок к колоннам в большинстве случаев выполнялось с помощью болтов-стяжек диаметром 24 мм, что облегчает монтаж и рихтовку балок. В одном случае технологами предприятия был заказан шаг подкрановых балок 19,4 м. Здесь были спроектированы коробчатые подкрановые балки с монтажными стыками на высокопрочных болтах. Для колонн консольного типа разработаны оригинальные узлы сопряжения с фундаментами. Разработки включали ворота, витражи, фундаменты.
Металлоконструкции зданий и восемь мостовых кранов с электроталями (патент Украины № 936) были изготовлены на ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина». Проектные разработки осуществлены через научно-исследовательский комплекс ПГАСА.
В качестве примера приведен пример реконструкции одного из из десяти зданий - (рис. 7).
Реконструкция цеха ремонта подвижного состава (второй бокс). Реконструкция выполнена с целью механизации выполняемых работ, а также замены существующего покрытия вследствие длительной эксплуатации.
Существующие стены здания — кирпичные, общая длина здания составляет примерно 83 м. Покрытие состояло из клепаных стропильных ферм с шагом 5,5 м, прогонов из досок на ребро, дощатого настила и кровельного ограждения из оцинкованной стали, часть покрытия была повреждена пожаром.
Реконструкция была выполнена в две очереди на каждой половине длины здания. Для механизации работ спроектирована подкрановая эстакада с мостовым краном
грузоподъемностью Q = 5,0 т. В связи с технологическими особенностями производства шаг колонн эстакады первой очереди длиной 42,94 м принят равным 19,4 м.
Колонны — коробчатого сечения. Подкрановые балки — коробчатого сечения с монтажными стыками на высокопрочных болтах. Длина эстакады второй очереди — 39,75 м. Шаг колонн переменный — 8,9...12,3 м. Сечение колонн — из сварных двутавров с увеличением высоты к фундаментам. Подкрановые балки — из сварных двутавров без тормозных конструкций с более развитым верхним поясом (см. рис. 3).
Покрытие второй очереди - двухскатные стропильные фермы высотой 2,2 м и шагом 5,5 м — с помощью системы вертикальных и горизонтальных связей попарно объединены в пространственные балки. Стропильные фермы являются также световыми фонарями, кровля по длине здания уложена на прогоны, на каждой паре ферм на верхние, а затем на нижние пояса. Пониженное расположение остекления фонарей высотой 1 200 мм обеспечивает дневную освещенность. Проведена реконструкция торцевой стены, установлены ворота и витражи. Верхняя часть кирпичных стен усилена железобетонным поясом.
25
Вісник ПДАБА
Рис. 7. Установка подкрановой эстакады и замена покрытия
6. История развития и совершенствования металлоконструкций мостовых кранов с электроталями.
Дана история развития и совершенствования металлоконструкций пролетных строений трубчато-балочных пролетных кранов, разработанных на кафедре М и ДК ПГАСА в сотрудничестве с заводами-изготовителями и научно-исследовательскими институтами [2].
Для механизации погрузочно-разгрузочных и складских работ широкое распространение получили однобалочные электрические мостовые краны с электротельферами грузоподъемностью 2,0...12,5 т, пролетами 10,5...28,5 м. На кафедре металлических и деревянных конструкций (М и ДК) ПГАСА более тридцати лет ведутся целенаправленные исследования по разработке и совершенствованию таких кранов с трубчато-балочными пролетными строениями. Исследования напряженно-деформированного состояния металлоконструкций были выполнены как на моделях на фрагменте в натуральную величину, так и на действующих кранах. Работы проводились по заказам ВНИИПТмаш, Бурейского механического завода и Перевальского завода ПТО. Последние десять лет изготовление кранов с электроталями освоено на ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина», г. Днепропетровск. Рассмотрим наиболее важные разработки металлоконструкций пролетных строений кранов, которые приняты к изготовлению на предприятиях Украины.
Начиная с 1980 г., на Перевальском заводе ПТО (проект ВНИИПТмаш) был налажен серийный выпуск кранов пролетом 16,5.28,5 м, грузоподъемностью 2,0...5,0 т, с поперечным сечением по рисунку8, решение защищено авторским свидетельством.
Рис. 8
Дальнейшим совершенствованием конструктивной формы явилось сечение по рисунку 9,
26
№ 9 вереснь 2011
тип 2а, авторское свидетельство на пролетное строение. Грузоподъемность кранов с использованием этого типа сечения можно повысить до 12,5 т.
Наибольшее распространение получили варианты сечения 2а, 2б и 2в (рис. 9). Так, по типу 2б на Перевальском заводе ПТО серийно изготавливаются пролетные строения козловых кранов пролетом 32 м грузоподъемностью Q = 10 т. Техническая документация на эти краны была разработана отделом кранов ВНИИПТмаш, приемочные испытания кранов выполнены кафедрой М и ДК ПГАСА в 1993году.
В пролетных строениях мостовых опорных кранов грузоподъемностью Q = 10 т пролетами 16,5...22,5 м использовано сечение по типу 2в (рис. 9). Серийное производство таких кранов налажено Перевальским заводом ПТО с 1995 г., техническую документацию разработали сотрудники лаборатории кафедры М и ДК ПГАСА под руководством автора. Разработка включала комплект конструкторской документации, технические условия, инструкцию по монтажу и эксплуатации. Продукция сертифицирована и находит сбыт в Украине и странах СНГ. Пролетное строение кранов данного типа защищено патентами Украины и России, его верхний пояс принят из круглой трубы, нижний - из прокатного двутавра. Разработанные краны отличаются низкой металлоемкостью пролетного строения, составляющей 203-260 кг/м.
Рис. 9
Развитием конструктивной формы сечения по типу 2 явилась замена круглой трубы на каплевидную типа 3а (рис. 10). Очертание контура трубы близко к петле строфоиды. Исследования, выполненные на паяных моделях пролетом 1,79 м, показали высокую эффективность этого типа сечения .
Рис. 10
Для внедрения на Перевальском заводе ПТО в 1985 - 1990 г. г. была разработана серия опорных мостовых кранов пролетом 16,5.28,5 м, грузоподъемностью 2,0...5,0 т. Средняя
27
Вісник ПДАБА
секция пролетных строений была выполнена по рисунку 10, тип 3б, с переходом на двутавровый профиль в крайних секциях в соответствии с патентами. В 1991 г. на Перевальском заводе ПТО был изготовлен и испытан с участием сотрудников кафедры М и ДК опытный кран пролетом 16,5 м, грузоподъемностью Q = 5,0 т. Кран установлен в цехе № 10 Днепропетровского комбайнового завода. Пролетная балка по типу 3б. (рис. 10) имеет ряд преимуществ по сравнению с сечениями по рисункам 8 и 9. Это, прежде всего, снижение стоимости при замене круглых труб на листовой металл, возможность варьировать листами разной толщины для различных пролетов и грузоподъемностей, создание условий для применения полуавтоматической и автоматической сварки.
Изготовление кранов с пролетным строением по типам 3б и 3в. (рис. 10) было успешно освоено ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина». Зависимость массы металлоконструкций пролетного строения, изготавливаемых на ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина», показана на рисунке 11.
Рис. 11. Обозначения:_1, 2, 3, 4 - масса пролетного строения при грузоподъемности Q = 2,0; 3,2; 5,0 и 10,0 т соответственно
В целом вместе взятые факторы по совершенствованию кранов:
- расчетные - увеличение относительной жесткости пролетного строения до величины не более f/L = 1/700, а также учет коэффициента динамичности КДИН = 1,5 и коэффициента неравномерности Кнер= 1,4-1,5;
- конструктивные - применение для пролетного строения в средней секции сечения по типам 2 и 3. (рис. 8, 9) с переходом на открытый профиль у концевых балок согласно патенту Украины № 936, а также использование в ездовых полках износоустойчивых сталей марок 09Г2С и 10ХСНД;
- технологические - создание условий для широкого использования полуавтоматической и автоматической сварки и применение монтажных узлов на высокопрочных болтах позволили повысить эксплуатационную надежность кранов.
В настоящее время назрела необходимость в разработке отраслевых норм Украины по проектированию мостовых кранов с электроталями. При этом целесообразно было бы учесть опыт проектирования этих кранов кафедрой металлических, деревянных и пластмассовых конструкций ПГАСА.
7. Выводы и рекомендации по результатам обследования зданий ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина».
В настоящее время необходимо решить задачу, как поддержать в работоспособном состоянии здания основных фондов, и на основе анализа результатов обследования долговременной эксплуатации зданий усовершенствовать проектирование для достижения максимально возможного срока их службы [6].
Кафедра металлических конструкций ПГАСА более 50 лет проводит целенаправленные обследования объектов на предприятиях металлургической, горнодобывающей и
28
№ 9 вереснь 2011
металлообрабатывающей промышленности Приднепровья с целью исследования действительной работы и состояния металлоконструкций и разрабатывает рабочую документацию на стадии КМД по их ремонту и усилению.
По результатам выполненных в ПГАСА работ подготовлены предложения по продлению срока службы существующих и проектированию строящихся зданий.
Оценивая изложенное, можно утверждать, что повышение надежной работы кровельного покрытия является крупной технической проблемой при эксплуатации здания. В связи с этим необходим поиск новых эффективных конструктивно-технологических решений.
Кровельное покрытие из профнастила различной формы и толщины листа, на наш взгляд, достойно внимания как заменитель рубероида, несмотря на явно более высокую стоимость, хотя применение профнастила имеет ряд технических недостатков: сложность крепления к покрытию и недостаточно долговечную изоляцию в местах установки крепежных элементов.
Кровля должна быть легкой и ее замена после многих лет эксплуатации должна выполняться без особых грузоподъемных устройств. Проект ее замены должен быть заложен уже при проектировании здания и «хозяин» должен заблаговременно заботиться об этом, иначе разрушение кровли может привести к снижению несущей способности нижележащих конструкций и остановке производства.
В начальной стадии разработки проекта необходима совместная работа архитектора, конструктора-расчетчика и технолога по обеспечению непрерывного производственного процесса.
Об очертании кровли и внутреннем водоотводе. При обследовании выявлено, что внутренний водоотвод, имеющий довольно сложное устройство и трудоемкую герметизацию, не обеспечивает надежное водоотведение и является очагом коррозии для нижележащих конструкций.
Поэтому в первую очередь следует решить очертание кровли и проблему отвода атмосферных осадков. Рекомендуем разрабатывать кровли без ендов и парапетов, требующих постоянного ухода и ремонта и снижающих долговечность конструктивных элементов, а также вызывающих огромные затраты на ремонт (рис. 12). Наибольший вред приносят ендовы и парапеты, расположенные вдоль продольных осей здания. Как правило, в этих местах стенки колонн разрушаются до 100 %, т. е. до сквозных дыр, что и произошло, например, в десяти колоннах цеха маляропогрузки завода.
Об отметке верха фундамента и анкерных болтах. В существующих зданиях в соответствии с типовыми сериями отметка низа базы колонн расположена ниже отметки чистого пола на 600 — 1 200 мм. Анкерные болты, как правило, выполнены из черной стали. В основаниях зданий при выполнении производственного процесса часто образуется агрессивная среда, возникают блуждающие токи.
Предлагаем отметку верха фундамента под колонны устраивать на 250 мм выше отметки пола, принятой за нуль, а анкеры колонн в резьбовой части и 150 мм захода в бетон оцинковывать или кадмировать. Это позволит держать в сухом виде очень важную часть колонны и сохранять ее как можно дольше.
Сечение анкерных болтов предлагается назначать с двухкратным запасом, так как они обеспечивают работоспособность конструктивной схемы и наиболее трудно поддаются усилению и ремонту, а их доля в массе конструкций всего здания очень мала.
Предлагаем новую концепцию по отношению к металлоконструкциям при
29
Вісник ПДАБА
проектировании, строительстве и эксплуатации зданий. На первое место необходимо ставить:
- максимально комфортные для обслуживающего персонала и удобные для владельца условия эксплуатации;
- увеличение безремонтного срока службы и снижение ремонтных затрат на содержание зданий. 8. Опыт ремонта и усиления стропильных конструкций ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина».
Рассмотрены основные виды дефектов и частота их появления, а также обобщен опыт кафедры М и ДК ПГАСА по ремонту стропильных и подстропильных ферм на примере двух сборосварочных корпусов № 1 и 2 завода [7].
Отработана методика составления чертежей КМД, таблиц типа «Требуется» и «Спецификация стали».
Начиная с 2005 г. сотрудниками кафедры М и ДК ПГАСА выполняется комплекс работ по восстановлению производственных зданий ОАО «ДЗМК им. И.В. Бабушкина» с последующей паспортизацией объектов. Проведено обследование технического состояния металлических конструкций подкрановых балок с тормозными конструкциями, подстропильных и стропильных ферм, кровельных щитов покрытия, основных колонн, вертикальных связей между колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, стоек фахверка, фонарей покрытия, стенового ограждения фахверка, фундаментов.
В соответствии с действующими нормативными документами разработана и передана заводу техническая документация стадии КМД по усилению и ремонту основных цехов завода: обработок № 1 и 2, сборосварок № 1, 2, 4 — 6, сортировки, маляропогрузки. Ведутся работы в цехе склада металла. По технической документации стадии КМД, разработанной сотрудниками кафедры М и ДК ПГАСА, включающей в себя более 200 чертежей формата А1, заводом уже произведено изготовление и монтаж около 90 % работ по ремонту и усилению конструкций. Типы усилений в зависимости от вида дефекта и повреждения сведены в таблицу 2.
В ряде случаев были ликвидированы аварийные ситуации с угрозой обрушения стропильных и подстропильных ферм, подкрановых балок и колонн.
Основные правила, принятые нами при разработке проекта усиления или ремонта:
1. В соответствии с ДБН 362-92 ремонт и усиление выгнутых стержней производили при величине выгиба не менее 20 мм.
2. Элемент усиления присоединять по всей длине стержня таким образом, чтобы детали усиления были незаметны на общем фоне.
3. Элементы усиления должны быть легко монтируемы и иметь, по возможности, небольшую массу.
4. Монтажные швы должны быть прерывистыми, чтобы уменьшить сварочные деформации.
Т а б л и ц а 2
№
п/п
Тип усиления
Вид дефекта и повреждения
ей И Ю ей О И И ч ч Р СЙ U О ей и ю л* 0 S * ч 1 2 % * аЗ Рн Выгиб вниз элемента в плоскости фермы Выгиб вверх элемента в плоскости фермы Выгиб элемента из плоскости фермы Выгиб элемента в двух плоскостях фермы Вырезы и вырывы в элементе фермы
+ - - - + - +
+ - + + + + -
1
2
30
№ 9 вереснь 2011
П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 2
10
3
+
+
4
+
+
5
+
+
+
+
6
+
+
+
+
+
7
+
+
+
+
+
+
8
+
9
+
+
+
+
+
Заключение. Большинство работ можно продолжить и выполнить кандидатские диссертации, например, по предпроектной оценке эффективности конструктивных решений стропильных конструкций, по динамическим характеристикам пролетных строений кранов с электроталями, эффективности применения высокопрочных сталей в конструкциях покрытий промзданий, методике усиления стержней стропильных ферм и др.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дзевель Ю. М. Здания арочного типа, выпускаемые предприятием с иностранными инвестициями “Санворд-Украина” / Ю. М. Дзевель, В. П. Жуганов, И. Н. Ткачева, Н. Г. Братусь // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект. - 2003. — № 10—11. - С. 42 — 48.
2. Братусь Н. Г. История развития и совершенствования металлоконструкций мостовых
кранов с электроталями / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект. -2003. — № 10. 11. - С. 31 — 37.
3. Братусь Н. Г. Опыт реконструкции объектов предприятия «Днепрогорэлектротранс» /
31
Вісник ПДАБА
Н. Г. Братусь // Вісник. Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект - 2004. — № 2. - С. 14
- 23.
4. Братусь Н. Г. Пространственная работа каркаса при действии ветровой нагрузки / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект. - 2004—№ 11. - С. 15 —21.
5. Братусь Н. Г. Закономерности изменения массы несущих конструкций покрытия и их элементов / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект. - 2004. — № 9.
- С. 15 — 22.
6. Большаков В. И. Обследования промзданий ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина» / Большаков В. И., [Е. П. Лукьяненко], Н. Г. Братусь // Вісник Придніпр. держ. акад.будівницт. та архітект. - 2007. — № 1. - С. 4 — 10.
7. Братусь Н. Г. Опыт ремонта и усиления стропильных конструкций ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина» / Н. Г. Братусь, Б. Г. Исмагулов, П. В. Янкин // Вісник Придніпр. держ. акад. будівницт. та архітект. - 2008. — № 10. - С. 35 — 42.
8. СНиП II-23-81* Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.
УДК 65.014.1.001.73
АЛГОРИТМ ВЫБОРА АЛЬТЕРНАТИВ В ПРОГРАММАХ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ
ОРГАНИЗАЦИЙ ПРИ НАЛИЧИИ МНОГИХ КРИТЕРИЕВ ОПТИМАЛЬНОСТИ
И. В. Трифонов, к . т . н., доц.
Ключевые слова: реструктуризация, стратегические цели, альтернативы, программноориентированное управление, реализация программы
Постановка проблемы. Рыночные реформы в Украине законодательно закрепили многообразие форм собственности и регулирование связанных с ними гражданских правоотношений, сделали возможным развитие свободного предпринимательства.
Становление цивилизованных отношений в украинском обществе, развитие современной рыночной экономики нельзя себе представить без применения современных инструментов эффективного управления собственностью.
Связь проблемы с важными научными или практическими задачами. В современных условиях становления рыночных отношений в Украине остро встает вопрос повышения конкурентоспособности организаций и один из наиболее часто применяемых инструментов повышения — это проведение реструктуризации [1; 2; 5]. При этом основная задача реструктуризации — это формирование устойчивых конкурентных преимуществ на основе более полного стратегического преобразования её возможностей. В основе управления стратегией стоят три главные задачи: уменьшение неопределенности программы, подготовка альтернативных вариативных сценариев ее реализации и поддержка уровня выполнимости программы при достижении её ценности [7].
Анализ источников и публикаций. Необходимо учитывать, что реализация концепции реструктуризации требует высококвалифицированного и жесткого управления материальными, трудовыми и финансовыми ресурсами всей организации.
Практическая реализация концепции реструктуризации должна вызывать устойчивые положительные как краткосрочные, так и долгосрочные изменения деятельности, результатом которых будет рост рыночной стоимости собственного капитала организации, курсовой стоимости ее акций и др. [1; 2].
Конкретное содержание процесса реструктуризации определяется в зависимости от того, какая форма реструктуризации задействована: проводится оперативная реструктуризация,
направленная на решение наиболее острых экономических и финансовых проблем в краткосрочном периоде, или осуществляется более сложный этап - стратегическая реструктуризация, направленная на изменение основных целей, механизмов и технологий деятельности организации. Как известно стратегические цели организации достигаются за счет реализации проектов и программ [1 - 3; 5; 7].
При этом из анализа публикаций следует отметить, что проблема алгоритма выбора
32
