Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
Расчет параметров сечения А s , см 2 b, м R b , кПа R s , кПа М, кНм С b , р./м 3 С s , р./м 3 х, м h, м х/h C s , р. С b , р. С, р. 1 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,01 7,45 0,001 9,4 1788,5 1797,9 2 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,01 3,73 0,004 18,8 895,6 914,4 3 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,02 2,49 0,009 28,3 598,5 626,8 4 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,03 1,88 0,016 37,7 450,5 488,1 5 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,04 1,51 0,025 47,1 362 409,1 6 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,04 1,26 0,035 56,5 303,3 359,8 130 131 Окончание табл.6 А s , см 2 b, м R b , кПа R s , кПа М, кНм С b , р./м 3 С s , р./м 3 х, м h, м х/h C s , р. С b , р. С, р. 7 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,05 1,09 0,048 65,9 261,6 327,6 8 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,06 0,96 0,062 75,4 230,6 305,9 9 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,07 0,86 0,078 84,8 206,7 291,4 10 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,07 0,78 0,095 94,2 187,7 281,9 11 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,08 0,72 0,114 103,6 172,3 275,9 12 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,09 0,67 0,134 113 159,7 272,7 13 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,1 0,62 0,156 122,5 149,1 271,6 14 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,1 0,58 0,178 131,9 140,2 272,1 15 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,11 0,55 0,202 141,3 132,6 273,9 16 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,12 0,53 0,227 150,7 126 276,7 17 0,3 13 000 290 000 216 800 94 200 0,13 0,5 0,252 160,1 120,3 280,5 C s , C b , C , р A s , см 2 Рис. 30. Графики стоимости бетона C b , арматуры C s и балки C = C b + C s 2 12 А III (конструктивно) 4 12 А III (А s = 12,56 см 2 ) Рис. 31. Армирование балки Площадь арматуры определяется по формуле (30): см 1 , 13 800 200 94 2 000 13 000 290 000 290 10 216 3 , 0 2 ) 2 ( 2 2 8 ¸¸ ¹ · ¨¨ © § c R R bM A s s 3. Оптимизация железобетонных и металлических ферм м Поиск лучших проектных решений для ферм включает в себя по- строение альтернативного ДЦ с варьированием параметрами, которые проектировщик может назначать в довольно широких пределах, не на- рушая требований строительных норм. На рис. 32 приведен пример такого дерева. Ферма Ж/бетон Металл Трубобетон Варианты l 6 1 l 7 1 l 9 1 l 8 1 l 10 1 Материал Очертание Вид решетки Средняя высота Уровни ДЦ Рис. 32. ДЦ для проектирования ферм 132 133 Критериями для определения лучшего сочетания вариантов на всех уровнях ДЦ могут быть: расход бетона или стали; стоимость материалов; трудоемкость изготовления фермы; общая стоимость фермы; вес фермы; коэффициент использования материала. Расчет фермы выполняется с применением программных комплек- сов (Лира, SCAD или др.), определяется усилие в элементах фермы и подбирается (или уточняется) сечение элементов фермы. Условием прочности i-го элемента является коэффициент исполь- зования прочности материала: , 1 м d i i i N N K (31) где N i – усилие в i-м элементе; N мi – предельное усилие в i-м элементе, воспринимаемое материалом. Для центрально-сжатого железобетонного i-го элемента , м s s b b i R A R A N где А s , A b – площади арматуры и бетона; R s , R b – расчетное сопротивление арматуры и бетона. Для сжатых элементов железобетонных ферм необходимо прове- рить условия устойчивости: N i i N мi , где i – коэффициент продольного изгиба. Коэффициент продольного изгиба зависит от отношения расчетной длины элемента к его меньшему размеру поперечного сечения b (табл. 7). Таблица 7 Коэффициент продольного изгиба l/b 10 20 30 40 M 1 0,8 0,6 0,4 Для приближенного определения коэффициента вместо табл. 7 можно воспользоваться формулой 2 40 6 , 0 1 ¸ ¹ · ¨ © § M b l В металлических фермах коэффициент ц определяется в зависимо- сти от гибкости сжатых стержней , p i i i r l O где i l p расчетная длина стержня; i r радиус инерции сечения. В растянутых элементах железобетонных ферм усилие растяжения воспринимается арматурой. Но если учесть, что эти элементы обычно выполняются с преднапряжением арматуры, соответствующем силе рас- тяжения и передаваемым на бетон как усилие сжатия при изготовлении, то растянутые элементы можно рассчитывать как сжатые с коэффициен- том продольного изгиба = 1. Общий коэффициент использования прочности материалов для фермы в целом определяется по формуле ¦ ¦ n i i n i i i V V K K 1 1 о , (32) где i V объем i-го элемента фермы, имеющей n элементов (i = 1, …, n). Из формулы (31) следует, что чем ближе коэффициенты K i , K o к еди- нице, тем полнее используется прочность материала фермы. После подбора сечений элементов из условия прочности и устой- чивости производят окончательный расчет фермы по второй группе пре- дельных состояний по деформациям. Так, прогиб фермы в середине про- лета не должен превышать установленной величины для нормальных условий эксплуатации: 250 ] [ l f f d (33) 134 135 Проведенные расчеты для железобетонных ферм могут быть вы- полнены и для ферм из других материалов, что позволит выбрать луч- ший вариант по указанным ранее критериям. Выполненные расчеты ферм из различных материалов, различной конфигурации и высоты дают возможность по указанным ранее крите- риям выбрать наилучший вариант. 4. Оптимизация железобетонной оболочки Альтернативное ДЦ для выбора проектного решения железобетон- ной оболочки приведено на рис. 33. Железобетонные оболочки Оболочки одинарной кривизны Оболочки двойной кривизны Цилиндрические Параболические Коноидальные Сферические Параболические своды Гиперболические Рис. 33. Разновидности оболочек В программном комплексе SCAD оболочки можно строить как тела вращения образующей с заданием радиусов вращения и центральных углов для начальной и конечной точки оболочки, а также строить их по формулам. В качестве примера рассмотрим оболочку двойной кривизны – бочарный (параболический) свод – построенный для плана 6ґ24 по формуле , / 12 – 3 – 2 2 k y x z ¸¸ ¹ · ¨¨ © § (34) где z, x, y – координаты точек оболочки с началом координат в верхней точке и в центре площади (рис. 34); k – показатель стрелы подъема (h/l = 1/2k). В примере k = 4; h/l = 1/8, т. е. высота подъема оболочки h меньше пролета l в 8 раз для обоих направлений. При распределенной вертикальной нагрузке q = 7 кН/м 2 и при на- грузке от собственного веса тело оболочки свода в основном работает на сжатие в двух направлениях. Оптимизацию оболочки в этом случае бу- дем производить по объему потребного бетона на ее устройство при не- котором отношении высоты подъема к пролету h/l: формула оболочки ; 4 / ) 12 3 ( 2 2 y x z материал – бетон В25; толщина – мм; 100 50 min G нагрузка – собственный вес и 2 м / кН 7 q x y z Рис. 34. Бочарный свод Усилие сжатия от распределенной нагрузки q в замке свода опреде- ляется по формуле 8 2 h qL N (35) С уменьшением высоты свода h (рис. 35) увеличивается усилие N и напряжение в сжатой оболочке, что требует увеличения ее толщины для обеспечения условия прочности: 136 137 , b R N d G V (36) ãäå – напряжение сжатия от расчетной нагрузки; R b – расчетное сопротивление бетона. q L h Рис. 35. Схема работы свода Из формул (35) и (36) следует, что объем оболочки будет увеличи- ваться с уменьшением стрелы подъема h. С другой стороны, объем обо- лочки зависит от площади ее поверхности: V = , (37) где S – площадь поверхности оболочки. Для бочарного свода , 3 , 5 1 2 2 1 » » ¼ º « « ¬ ª ¸ ¹ · ¨ © § l h L L S (38) где L 1 и L 2 – пролеты оболочки в двух направлениях. Зависимость объема оболочки от стрелы подъема h/l показана на рис. 36. Минимальный расход бетона соответствует стреле 1/6…1/8 от пролета l. Это обстоятельство выявляется расчетом с использованием програм- мы SCAD для оболочки, построенной по формуле (27) при разных зна- чениях k. Заметим, что оболочки из технологических соображений сле- дует принимать не менее 50 мм, в сборных ребристых оболочках – не менее 30 мм. При оптимизации оболочек арочного типа с затяжкой необходимо также иметь в виду, что при малых значениях высоты h увеличивается потребность стали на устройство затяжки. V, м 3 V мin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 h/l = (1/2 k) Рис. 36. Зависимость объема от стрелы 5. Проектирование ограждающих конструкций Расчет ограждающих конструкций выполняется в целях обеспечения необходимых для эксплуатации температурно-влажностных условий внутри зданий. Толщина ограждающих конструкций определяется из уравнения теплопроводности Фурье для потока теплоты , в н At b T T Q O (39) где Q – количество теплоты; – коэффициент теплопроводности материала ограждения; Т н , Т в – температура снаружи и внутри здания; А – площадь ограждения; t – время процесса теплопередачи; b – толщина ограждения. Для здания, имеющего n ограждающих поверхностей, общее коли- чество тепла, теряемого через ограждение, определяется по формуле 1 в н о ¦ O n i i i i b A t Т Т Q Такое количество тепла должно поступать из системы отопления для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания. Представляет интерес определение некоторой оптимальной толщи- ны ограждения, соответствующую минимальной сумме стоимости его устройства и затрат на отопление здания при эксплуатации. 138 139 Стоимость устройства ограждения , C С 1 ¦ n i mi i i m b А где mi С – стоимость ограждения на i-м участке (i = 1, …, n) с поверхностью А i и толщиной b i Затраты на отопление составляют величину , C С o Q Q Q где Q C – стоимость единицы теплоты с учетом устройства системы отопления, ее эксплуатации и стоимости топлива. Тогда математическую модель условия оптимальности можно за- писать в таком виде min C C o Q m Z (40) Решение в замкнутом виде получим, рассматривая участок ограж- дения площадью А = 1. Стоимость устройства ограждения m m bC С Затраты, обусловленные потерей тепла на этом участке, C С в н Q Q t b T T O Условие оптимальности (40) получает вид min, C C 2 1 o b k b k Z Q m где k 1 = Q m t T T k C ) ( ; C в н 2 O – коэффициенты, определяемые по данным статистики для заданного района строительства. Зависимость целевой функции Z от толщины ограждения b показа- на на рис. 37. z С m С Q С m С Q z b b 0 Рис. 37. Определение оптимальной толщины ограждения Из условия 0 db dz находим оптимальную толщину ограждения C C в н o Q m t T T b O (41) В последние годы в Санкт-Петербурге проводится реконструкция зданий с утеплением ограждающих поверхностей. Выяснилось, что с увеличением цен на топливо целесообразно повысить сопротивление теплопередаче стен за счет дополнительной теплоизоляции. Экономия на материале стен при строительстве оказалась недальновидной, посколь- ку затраты на отопление резко увеличились. Системный подход к пост- роению критерия оптимальности с учетом затрат не только на устрой- ство ограждения, но и на отопление зданий, дает возможность испра- вить создавшееся положение. В свете изложенного представляет интерес устройство в Санкт-Пе- тербурге зданий с вентилируемыми фасадами. Стены фасадов зданий устраиваются слоистыми, включают вентилируемый зазор и слой специ- альной теплоизоляции. Разность давлений в нижней и верхней части зда- ния создает тягу в вентиляционном зазоре, воздух в зазоре поднимается вверх, в результате из ограждающей стены удаляется атмосферная и внут- ренняя влага. Зимой такая конструкция защищает здание от потерь теп- 140 141 ла, а летом препятствует проникновению тепла в помещение через на- ружные стены. 4.3. Проектирование организации строительства В проект организации строительства (ПОС) входят следующие ос- новные документы [9]: план подготовительных работ; календарный план строительства; строительный генеральный план; ведомость строительно-монтажных работ; графики потребности в строительных материалах, строительных машинах и оборудовании, в рабочих кадрах; пояснительная записка. ПОС разрабатывает проектная организация. Этот проект является основой для последующей разработки проекта производства работ (ППР), который осуществляется строительной организацией с учетом всех ее реальных возможностей в кадрах, механизмах и оборудовании. Кроме документов ПОС в ППР дополнительно разрабатываются: технологические карты на отдельные виды работ; мероприятия по обеспечению безопасности труда; мероприятия по контролю качества строительных работ. Основным документом ПОС и ППР является календарный план строительства. На его основе составляются все другие документы пла- нирования и осуществляется управление строительством. В нем отража- ется последовательность выполнения работ, потребность в различных ресурсах и сроки выполнения работ. В табл. 8 приведена шапка кален- дарного плана. Таблица 8 Календарный план Пере- чень ра- бот Единицы измере- ния и объемы работ Трудоем- кость, чел.-дн. Потреб- ность в машинах, маш.-см Числен- ность ра- бочих, чел. Продол- житель- ность ра- бот, дн. График кален- дарного плана При построении графика календарного плана применяются четыре модели. 1. Линейный (ленточный) календарный план-график выполнения работ (график Ганта) в координатах «Виды работ – время». Каждый вид работ на графике показывается лентой определенной длины, соответству- ющей ее продолжительности (рис. 38, а). 2. Циклограмма Будникова в таких же координатах, но каждый вид работ показывается наклонной прямой с углом наклона, пропорциональ- ным интенсивности работ (рис. 38, б). 3. Сетевая модель в виде ориентированного графа, в котором ребра отражают виды работ, а вершины – начало и конец работ (рис. 38, в). 4. Матричная модель в форме прямоугольной матрицы, в клетках которой записывается информация о видах работ на объектах (захват- ках). Для i-го вида работ на объекте К продолжительность работ состав- ляет величину t ki начало работ t н , окончание работы t о = t н + t ki (рис. 38, г). В строительных организациях чаще применяется линейный кален- дарный план, обладающий наибольшей наглядностью. Для расчетов на ЭВМ удобна матричная модель. В ячейках матрицы записывается ин- формация, необходимая для расчетов. Вид работ Время t 1 2 3 Вид работ t o Вид 1 2 3 4 6 5 г t 33 t 32 t 31 3 t 23 t 22 t 21 2 t 13 3 t 12 2 1 t 11 Объекты 1 Вид работ Время t 1 2 3 б t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 а в Рис. 38. Модели календарного плана 142 143 Достоинства матричной модели раскрываются в расчетах продол- жительности работ, выполняемых разными способами: параллельно, последовательно с организацией потоков с непрерывным использовани- ем ресурсов, фронтов, с использованием критического пути с оптимиза- цией календарного плана по ресурсам и по продолжительности работ. Важным показателем поточной организации строительных работ для оптимизации является общая продолжительность работ , 1 дир орг техн ¦ ¦ d T t t m n t Т где ¦ орг t – сумма организованных перерывов по условиям техники бе- зопасности; t – ритм работы бригады, время работы на одной захватке (шаг потока); ¦ техн t – сумма технологических перерывов; m – количе- ство захваток; n – количество бригад (видов работ); дир T – директивный срок выполнения работ. Моделирование строительного процесса на ЭВМ может выполнять- ся с помощью программы Time Line с задачей определения всех пара- метров календарного плана с его оптимизацией и графическим оформ- лением. Ниже рассмотрены отдельные частные задачи оптимизации проек- тных решений, входящие в состав ПОС и ППР. |