CC BY
121
Брянцев А.А.1, Остапенко И.И.2 ©
1,2Ассист. проф., МОК, КазГАСА « Международная образовательная корпорация, (Казахская головная врхитектурно - строительная академия»
ВЫБОР НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ СПОРТКОМПЛЕКСА МЕТОДОМ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Аннотация
В докладе приводится сравнение и выбор наиболее рационального варианта несущей конструкции светопрозрачного покрытия спорткомплекса методом вариантного проектирования.
Ключевые слова: материал конструкций, форма сечений профилей, конструктивная схема.
Целью доклада является - изложить технико-экономические основы проектирования несущих конструкций в определенной системе при рассмотрении конкурирующих проектных решений и выборе эффективного варианта, так как экономия метала, снижение трудоемкости изготовления, и уменьшение массы являются результатом совершенствования методов расчета, ликвидации неоправданных запасов прочности и конструктивных излишеств.
Применение предварительного напряжения, как средства повышения эффективности металлоконструкций, является актуальной технической проблемой. Во многих странах, особенно в связи и с применением антисейсмических конструктивных мероприятий, проводятся обширные эксперименты и теоретические исследования, посвященные изучению этой проблемы.
Выбор решения строительства спортивных сооружений во многом связан с необходимостью решения проблем связанных как с экономической частью различных проектов, которые, как правило, не приносят прибыли, так и с их технической стороной: спортивные сооружения должны отвечать целому ряду особых требований в части функциональности, конструктивной надежности и отвечать современным требование комфортности и зрелищности.
В целях привлечения студентов, а также научно-преподавательского состава МОК КазГАСА к развитию массового спорта в 2010-2011 г. был запроектирован спорткомплекс «АК КАУ» в Талгарском районе Алматинской области,Казахстан.
Главной особенностью этого проекта является крытая прозрачная арена (Блока А), которая расположена на 3-ем этаже, на отметке +7 м.
Вариантное проектирование решает задачу сравнительного анализа различных конструктивных решений при одинаковой компоновке сооружения. В нем анализируется материал конструкций, форма сечений профилей, конструктивная схема, необходимость и характер регулирования усилий в конструкциях. При условии свободного выбора компоновок (вне зависимости от технологических требований) может быть принято 2-3 варианта, а в качестве критериев оценки вариантов применяют:
- массу конструкции;
- трудоемкость;
- стоимость конструкции.
Для сравнения вариантов приняты следующие несущие конструкции для светопрозрачного покрытия сооружения.
© Брянцев А.А., Остапенко И.И., 2013 г.
3
, 125 31 , 121
/ 605
Рис 2. Двояковыпуклая вантовая система
^<1 |Л1 Л Л /\ «
, бм 60м
Рис 3. Сегментная ферма с параболическим поясом
Рис 4. Арочная конструкция с затяжкой
Определение массы конкурирующих систем
Масса двухпоясной системы [1]:
Gв=(gн+gс+gр) ■ S, (1)
где gн, gс, gр - показатели массы соответственно несущего и стабилизирующего поясов, решетки, определяемые по формулам:
А{д+р+у)ХЪ ^ У-С* I §н=-^-> (1Л)
где д,р, V -действующие нагрузки;
^ - теоретические характеристики массы нити; коэффициент приведения к расчетной длине;
- теоретическая характеристика массы, для равномерно распределенной нагрузки; у - плотность материала вант;
<Хр - коэффициент, характеризующий работу сжатых элементов решетки. ; -длина конструкции
gс=
1 г - нагрузка, зависящая от вида монтажа;
(1.2)
gP
(13) gр = (1.4)
|- А —т}_ _ А ар № при подборе по прочности);
( при подборе по предельной гибкости).
Л У
\Ъ„ ъ '
X ""Яр
:■'.-- удельный радиус инерции;
Определение заводской стоимости
Заводская себестоимость конструкции складывается из стоимости основных материалов и стоимости изготовления. Стоимость основных материалов:
Сом = 1,035 (СпрКпр + 1,5) Котх, (1.5)
где Спр— оптовая цена набора профилей проката в конструкции;
Кпр — коэффициент приплат к оптовым ценам, учитывающий приплаты за дополнительные испытания и мерность;
Котх — коэффициент отходов, равный для конструкций из прокатных, холодногнутых профилей, толстолистовой и универсальной стали 1,035, для труб — 1,078.
Стоимость изготовленной конструкции с учетом транспортных расходов по доставке ее на монтаж:
Св =1,15[ Сом+ 3,6Т +3,54&] (1.6)
G — масса конструкции;
3,6 — коэффициент, учитывающий среднечасовую заработную плату и накладные расходы, пропорциональные заработной плате;
3,54-величина накладных расходов, не зависящих от трудоемкости изготовления,
у.е.
Определение трудоемкости изготовления
Трудоемкость изготовления фермы: Гф = К^- Ч*т с ^Со-Щ ) • (1-7)
:". - коэффициент дальности, равный=1;
В - коэффициент, отражающий различную трудоемкость вспомогательных и основных
деталей=0,8;
л- - коэффициент, учитывающий повышение трудоемкости производства основных деталей из стали повышенной точности=1,08.
Таблица 1
Сравнение вариантов
№ Вид фермы Масса, т. Трудоемкость Чел.ч. Стоимость У.е.
1. Сегментная ферма параболического очертания 11,758 103 1644
2. Арочная конструкция с затяжкой 10,4 65 1520
3. Двояковыпуклая с параллельными вантами система 7,164 81 1588
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что вариант два - арочная конструкция с затяжкой имеет наименьшую трудоемкость и стоимость. Внешние нагрузки воспринимаются сжато-изогнутым верхним поясом-аркой и растянутым нижним поясом -затяжкой. Предварительное напряжение необходимо по двум основным причинам: выбор облегченной монтажной затяжки и оптимизация распределения изгибающих моментов в верхнем поясе. Прогнутая затяжка позволила также отказаться от связей по нижним поясам [2].
Применение "V"- образных распорок позволит увеличить устойчивость верхнего пояса арки в вертикальной плоскости. Таким образом, вариант №2 является наиболее оптимальным и рационально подходящим вариантом несущей конструкции светопрозрачного покрытия.
На стадии проектирования были определены усилия в стержнях предварительно напряженной арочной конструкции от постоянной и временной нагрузки, а также произведен подбор сечений стержней.
Рис 5. Расчетные усилия в стрежнях арочной конструкции, кН
Таблица 2
Расчетные усилия в арочной конструкции, кН
Элемент N стержня Усилия от постоянной нагрузки Усилия от снегово й нагрузк и Расчетные усилия
Ф=1 N нагрузок Растяжение N нагрузок Сжатие
1 2а
1 2 3 4 11 12 13 14
Верхний пояс Нижний пояс АВ -62 79 1+2а 141 - -
ВD -148 -189 - - 1+2а -337
DE 200 117 1+2а 317 - -
EF -1181 -1131 - - 1+2а -2312
FH -1364 -2202 - - 1+2а -3566
НН1 -2525 -3733 - - 1+2а -6258
а -66 -135 1+2а -201 - -
J/: -52 -117 1+2а -169 - -
Раскосы ВС -335 -428 - - 1+2а -763
СЕ -389 -417 - - 1+2а -806
EJ 399.3 -517 1+2а 916 - -
Ш -405.4 -525 - - 1+2а -930.4
Стойки DC 240 275 - - 1+2а 515
Таблица 3
Подбор сечений предварительно напряженной арочной конструкции [3].
Обозначение стержня II ^р сот Профиль
АВ 1.8 2.64 4.75 141 ^ 70 Ш4
ВD -1.9 -4.7 -8.93 -337 ^ 70 Ш4
DE 1.49 1.78 2.65 317 ^ 70 Ш4
EF -2.14 -36 -77 -2312 ^ 70 Ш4
FH -.215 -50 -107.5 -3566 ^ 70 Ш4
-2.18 -186.7 -407 -6258 ^ 70 Ш4
а -2.1 -2.31 -4.85 -201 Профиль140/5
л: -1.49 -0.98 -2.1 -169 Канат ТК7х37
ВС -2.15 -9.9 -21.3 -763 0 Труба 219/8
СЕ -2.2 -10.9 -24 -806 0 Труба 219/8
EJ 1.49 13.4 20 916 0 Труба 273/7
Ш -2.16 -14.8 -32 -930.4 0 Труба 273/7
DC 1.49 6.8 10.13 515 0 Труба 159/7
Таблица 4
Сравнительный анализ
Варианты сравнения Масса,т. Стоимость,у.е. Трудоемкость,чел/ч.
Метод вариантного проектирования 6,349 1790 65
Метод сил 6,880 1860 68
Сделав сравнительный анализ, можно убедиться, что метод вариантного проектирования показал результаты с погрешность не более 10%,что доказывает его верность.
Возможностью получения экономии металла в предварительно напряженных конструкциях (до 50%) и снижения трудоемкости изготовления по сравнению с железобетонным аналогом обуславливается перспектива их широкого применения. Экономия металла всегда являлась проблемой номер один при проектировании и использовании металлических и иных конструкций. В перспективе с сокращением сырьевых запасов значение этой проблемы возрастет еще больше.
Литература
1. Технико-экономические основы проектирования строительных конструкций. Лихтарников Я.М., Летников Н.С., Левченко В.Н.- Киев-Донецк: Головное изд-во, 1980.-240 с.
2. Строительные пространственные конструкции: Учебное пособие/ Канчели В.Н.,-М.: Издательство АСВ, 2003.-112 стр.
3. Металлические конструкции. Ю.И.Кудишин/ Е.И.Беленя, В.С.Игнатьева и др.,- 9-е узд., стер.-М. : Издательский центр " Академия", 2007. - 688с.
