CC BY
50
3. Marzik, A. Calculation and design of steel structures with regard to plastic deformations / A. Marzik, M. - M: stroiizdat, 1986. - 456 p.
4. Savrasov, S. Yu. Bearing capacity of steel bending elements when accounting for complex stress state and physical nonlinearity material / S Yu Savrasov // Izvestiya vuzov. The construction. - 1998. - № 1. - P. 11-15.
5. Chiras, A. A. Theory and methods of optimization of elastic-plastic structures, A. A. Chiras -1974. - 255 p.
6. Karkayskas, R. P. structural mechanics. The programme and the decision of tasks on the computer / Karkayskas, R. P, A. A. Krytinis Yu. Yu. / - M: stroiizdat, 1990. - 360 p.
7. Sebeshev, C. D. Limit equilibrium of arches / C. D. Sebeshev, I. A. Chaplinka, A. Century Mishchenko. -Novosibirsk: Institute of strategic studies, 1990. - 92 p.
Немировский Юрий Владимирович - доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики СО РАН. e-mail - [email protected].
Мищенко Андрей Викторович - кандидат технических наук, доцент. Военный учебно-научный центр ВС РФ (филиал, г. Новосибирск). Общее количество опубликованных работ более 100. Основное направление научной деятельности: Слоистые композиты, устойчивость, нелинейная деформация, ползучесть. E-mail: [email protected]
УДК 69.057:528.48: 658.562
МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДОПУСКОВ ПЛАНОВОГО И ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПРИ
ВОЗВЕДЕНИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
С. Ю. Столбова
Аннотация. Приведены расчеты технологических допусков планового и вертикального положения конструкций при возведении одноэтажного производственного здания. Выполнен анализ полученных результатов расчетов методами: максимума-минимума с применением способов равных допусков и равной точности и вероятностного с применением способов попыток, равных допусков и равной точности. Анализ полученных результатов расчетов показал, что для обоснования технологических допусков планового и вертикального положения конструкций на стадии проектирования наиболее приемлемым является вероятностный метод расчета с применением способа равной точности.
Ключевые слова: точность, технологические допуски, методы расчета, плановое и вертикальное положение, конструкции зданий.
Введение
Одним из основных показателей качества современного строительства является геометрическая точность возведения конструкций зданий.
Следовательно, для качественного строительства тех или иных объектов необходимы обоснованные нормы точности на изготовление элементов конструкций, строительно-монтажные и разбивочные работы. Обоснованность норм точности зависит от применяемых методов расчета технологических допусков при возведении зданий.
В настоящей статье автором выполнено исследование и обоснование методов расчета технологических допусков планового и вертикального положения конструкций на примере двух пролетного одноэтажного производственного здания, шифром
унифицированной габаритной схемы (УГС) Б-18-72, возводимого в г. Омске.
Основная часть
Строительные элементы взаимосвязаны и, сопрягаясь в узлах конструкций зданий, образуют размерные цепи. Поэтому точность возведения конструкций в настоящее время рассчитывают с использованием основных положений теории размерных цепей.
Для расчетов допусков с применением теории размерных цепей применяют два метода: максимума-минимума и теоретико-вероятностный (вероятностный).
Проверочный расчет суммарного допуска (замыкающего звена цепи) при известных технологических допусках (составляющих звеньев цепи) с применением методов максимума-минимума и вероятностного (решение прямой задачи) выполняются соответственно по выражениям [1]:
л,=1 А,; (1)
п=1
А2! =2 л2, , (2)
п=1
где Аь Л2, А3, Лп-1 и А, - допуски составляющих звеньев цепи или технологические допуски; п - число звеньев в размерной цепи.
При проектировании и строительстве зданий и сооружений выполняются и проектные расчеты, когда по значению суммарного (функционального) допуска на возведение строительных конструкций определяются технологические допуски (решение обратной задачи).
В ГОСТ [2] проектные расчеты предусмотрено выполнять путем подбора в назначении величин технологических допусков, т.е. способом попыток или пробных расчетов. Но расчеты допусков на составляющие звенья размерной цепи при решении обратных задач (проектные расчеты) можно выполнять тремя способами: попыток или пробных расчетов, равных допусков и равной точности.
При расчете способом попыток вопрос о рациональности распределения
функционального (суммарного) допуска между технологическими не рассматривается.
Из практики строительства известно, что подобранные из СНиП [3,4] допуски на отдельные операции не всегда соблюдаются, вследствие чего нормы точности не всегда будут отвечать требованиям возведения строительных конструкций. При расчете размерных цепей вторым способом (равных допусков) допуск замыкающего звена (функциональный) распределяется между допусками составляющих звеньев (технологическими) равномерно.
Средний допуск для всех составляющих звеньев цепи определяется по выражениям: - для метода максимума-минимума
А1Ср =ЛЕ/ п -1; (3)
для вероятностного метода
Л21Ср =лу п -1. (4)
Проектные расчеты допусков на составляющие звенья размерной цепи с использованием способа равной точности сводятся к определению коэффициента
точности К, или числа единиц допусков /¡. При этом используются основные уравнения при расчетах размерных цепей (1) и (2). С учетом того, что допуски А, = К, * /,, эти уравнения можно представить в виде:
- при расчете методом максимума-минимума
ЛЕ= к^ ± к 212 ± К 31з ±... ± Кп-А-1; (5)
- при вероятностном методе расчета
л2! = к212 ±к212 ±к312±...±КХ1. (6)
По условию задачи К1 = К2 = К3=.. = Кп-1 = Кср. Тогда выражение (5) и (6) можно представить соответственно в виде:
Л!= КСр 21,; (7)
п=1
л2!= к2р 212. (8)
п=1
Значения коэффициентов точности Кср определяется по выражениям:
- при методе максимума-минимума
кСр = Ле/2 I,; (9)
п=1
- при вероятностном методе
к2р =4/212. (10)
/ п=1
По коэффициенту точности Кср устанавливается класс точности и допуски на все составляющие звенья в размерной цепи.
Как отмечается в работе Д5] способ равной точности при расчете размерных цепей в машиностроении позволяет назначать более рациональные допуски.
По оценке автора Д1], вероятностный метод с применением способа равной точности является наиболее приемлемым и для расчета технологических допусков при возведении зданий и сооружений.
В соответствии с проектируемой технологией монтажа строительных конструкций и геодезических работ, за базу накопления погрешностей приняты разбивочные оси колонн одного пролета в поперечном направлении здания. Плоская размерная цепь здания представляет собой раму шириной в один пролет ^=18 м) и высотой 7, 2 м, изображена на рисунке 1.
Ш
У
У
у
У
У
* У
Базовая ось
О
у
О
Рис. 1. Размерная цепь одного пролета одноэтажного производственного здания с шифром унифицированной габаритной схемы Б-18-72
Расчет точности методом «максимума-минимума»
Уравнение размерной цепи имеет вид:
ДЕ = А г + 2АКИ + Афи + 2 АКН + 2АКв + 2 А<, (11)
л л* лФ л* л* лФ
где Аг, Ли, Л и, А н, А в, Дм -соответственно допуски на разбивку осей на исходном горизонте, изготовления граней колонн, изготовления длин ферм, смещения низа колонн с разбивочных осей
(симметричности установки колонн), отклонение колонн от вертикали (совмещение ориентиров), монтаж ферм; Д^ - суммарный допуск.
Расчет технологических допусков методом «максимума-минимума» можно выполнить двумя способами: равных допусков и равной точности.
а) способ равных допусков. Функциональный (суммарный) допуск по
проекту Аф = А2 =100 мм.
Все допуски на составляющие звенья в
размерной цепи принимаются равными:
А = = Аф = = = Аф = А
тогда выражение (3) примет вид: Д^ = 10 Д\ , отсюда Д\ = Дх /10 = 100/ 10 = 10 мм.
б) способ равной точности.
При расчете этим способом основная расчетная формула имеет вид: А, = Кср [1Г + 21И +1< + 21^ + 215 + +21^ ] ■ (12) где Кср - число единиц допуска или коэффициент точности, принимаемый одинаковым для всех технологических операций; I - единицы допуска, мм.
Единицы допусков на изготовление деталей, разбивочные работы и монтаж конструкций определяют, согласно ГОСТ [6], по формулам, приведенным в таблице 1.
Таблица 1 — Вид допусков и формулы для вычисления значения единицы допуска, согласно [2]
Характеристика технологического процесса или операции Вид допуска геометрического параметра Формула для вычисления Значение а
Изготовление Допуск линейного размера 1= а\(0,8+0,00^)* *(3У L+25+0,01 Ц2), где Ц, мм 1,0
Допуск прямолинейности 1,0
Допуск плоскостности 1,0
Допуск перпендикулярности 0,6
Допуск равенства диагоналей 1,0
Разбивка Допуск разбивки точек и осей в плане 1= а\*Ц где Ц, мм 1,0
Допуск передачи точек и осей по вертикали 0,4
Допуск створности точек 0,25
Допуск разбивки высотных отметок 0,6
Допуск передачи высотных отметок 0,25
Допуск перпендикулярности осей 0,4
Установка (монтаж) Допуск совмещения ориентиров 1= а\(0,8+0,001^)* *(3У Ц+25+0,01 Ц2), где Ц, мм 1,6
Допуск симметричности установки 0,6
Величина единицы допуска зависит от размерной цепи и коэффициента аТ для номинального размера составляющего звена различных операций.
Рассчитанные значения единиц допуска на составляющие звенья размерной цепи имеют следующие значения, мм: 1Г =18,00 ; I кн = 6,61 мм ; I фи = 30,77 ; I кн = 3,97 ; I кв = 32,65 ; I фм = 18,46.
Коэффициент точности определяем по выражению:
Кср = ДЕ/(1Г + 21И + 1Ф + 21^ + 21* + +21®), 0 3)
Кср=100/172,15=0,58.
Технологические допуски, определяемые по выражению ДТ = Кср * I, будут иметь следующие значения, мм: Дг =10,44; Дки = 3,83; Дфи = 17,85 ; Дкн = 2,30 ; Дкв = 18,94 ; Дфм = 10,71.
Расчет точности теоретико-вероятностным методом
Расчет величин технологических допусков теоретико-вероятностным методом можно выполнить тремя способами: попыток, равных допусков и равной точности.
а) способ попыток (проверочный расчет).
Основное уравнение размерной цепи имеет вид:
Д2,=(ДГ )2 + 2(ДКИ ) + (дф ) + (14) + 2(ДКН ) + 2(ДКВ ) + 2(ДФМ )
л л К л ф л К л К л ф
где Л г, Л и, Л и, Л Н,А в, Л м -соответственно допуски на разбивку осей на исходном горизонте, изготовления граней колонн, изготовления длин ферм, смещения низа колонн с разбивочных осей, отклонение колонн от вертикали, монтаж ферм.
При использовании этого способа технологические допуски на строительно-монтажные работы (допуски на составляющие звенья размерной цепи) принимается по СНиП 3.03.01-87 [3], мм: А КИ = 10,00; Афи = 30,00; А кн =16,00; А кв =60,00; АФМ = 16,00.
Согласно СНиП 3.01.03-84 [4], для зданий до 5 этажей среднеквадратическая погрешность при разбивке осей тг / L = 1/3000. При пролете длиной 18 м ^ = 18 м) тг = 6мм.
Согласно [7], показатель ответственности здания уп=0,95, а тогда допуск на разбивку осей будет: А = 2Э * т = 4 * 6 = 24 мм.
Подставив значения технологических допусков в выражение (14), получим ДЕ = 99,5 мм. По проекту функциональный допуск Дф равен 100 мм, т.е. ДЕ < Дф.
Следовательно, собираемость
строительных конструкций при соблюдении технологических допусков, заданных в проекте, будет обеспечена.
б) способ равных допусков.
При расчете этим способом все технологические допуски принимаются равными:
Д = = ДФ = = = Д = Д
Г ^И ^И Н ^В М г ■
2
Тогда выражение (14) примет вид: ДЕ = 10(ДТ)2, а ДТ2 = (Д2е)/10. Учитывая, что суммарный допуск ДЕ = 100 мм, тогда Д, = 31,62 мм.
в) способ равной точности (стадия проектирования).
При расчете технологических допусков этим способом для всех составляющих звеньев размерной цепи принимается один (средний) коэффициент точности, а технологические допуски определяются по выражению: Д, = К * I,
Тогда основное уравнение размерной цепи (14) примет вид:
Д, = М [(1Г )2 + 2(:И )2 +(:ИФ )2 + 2(:| )2 + 2(1- )2 + 2(1- )2 ].
( 15)
Коэффициент точности будет равен:
к2Ф = д2^[(:г )2 + 2(:И )2 + (:И )2 + 2(:| )2 + 2(:К )2 + 2(:^ )2 ].
( 16)
Подставив значение единиц допусков в выражение (16), получим Кср= 1,54. По коэффициенту точности К"ср и единицам допусков определяем значения технологических допусков, мм: Дг = 27,72; Дки= 10,18 Дфи =47,39; Дкн = 6,11; Дкв = 50,28; Дфм = 28,43.
Анализируя рассчитанную точность технологических операций строительно-монтажного процесса можно установить, что при расчетах с применением метода максимума-минимума получены
неоправданно жесткие допуски. Поэтому использование его нецелесообразно при расчетах точности возведения строительных конструкций.
Вероятностный метод расчета с применением способа равных допусков, хотя и позволяет распределить функциональный (суммарный) допуск (замыкающего звена цепи), но это распределение носит приближенный характер и задача о назначении обоснованных норм точности на отдельные операции остается нерешенной.
При расчете размерных цепей вероятностным методом с применением способа попыток, допуски на строительно-монтажные работы принимаются по проекту или назначаются по СНиП. Но в производственной практике нормы точности на изготовление элементов конструкции не всегда соблюдаются [8], а поэтому
рассчитанные допуски на возведение строительных конструкций зданий в этом случае не будут отвечать действительному положению.
Расчет размерных цепей вероятностным методом с применением способа равной точности предусматривает назначение допусков на все технологические операции по среднему коэффициенту точности. Этот способ позволяет более рационально распределить функциональный (суммарный) допуск между технологическими операциями строительно-монтажного процесса на стадии проектирования зданий, кроме установки колонн в нижнем сечении относительно разбивочных осей.
В работе [9] при расчете единицы допуска на эту операцию вместо коэффициента а = 0,6 предложено ввести значение этого коэффициента а = 1,6.
Выполним расчет технологических допусков с учетом этого предложения. Единица допуска на смещение колонн в нижнем сечении относительно разбивочных осей (симметричности установки) при коэффициенте а= 1,6 будет иметь значение 1КН = 3,97 * 1,6/ 0,6 = 10,59 мм.
Подставив вычисленное значение единицы допуска 1кн при а = 1,6 в выражение (16), получим Кср= 1,51. При единице допуска Гн = 10,59 мм и КсР= 1,51, значения технологических допусков будут, мм: Дг = 27,18; Дки= 9,98 Дфи =46,46; Дкн = 15,99 мм; Дкв = 49,30; Дфм = 27,87.
Заключение
Рассчитанные величины технологических допусков на все операции при возведении строительных конструкций одноэтажного здания не значительно уменьшились, кроме установки колонн в нижнем сечении относительно разбивочных осей.
Допуск на эту операцию при 1кн = 10,59 мм равен Дкн = 15,99 мм вместо Дкн = 5,99 мм при Гн = 3,97 мм.
Допустимое отклонение (предельная погрешность) на установку колонн в нижнем плановом положении относительно разбивочных осей будет равно б кн = 15,99/2 = 8,0 мм, что соответствует требованиям СНИП 3.03.01-87 [3].
В этом случае величины технологических допусков будут лучшим образом соответствовать реальным значениям при возведении строительных конструкций. Анализ полученных результатов расчетов показал, что для обоснования технологических допусков планового и вертикального положения конструкций на стадии
проектирования зданий наиболее приемлемым является вероятностный метод расчета с применением способа равной точности.
Библиографический список
1. Столбов, Ю. В. Основы расчета и анализа точности возведения сборных зданий и сооружений / Ю. В. Столбов // Учебное пособие. -Омск: СибАДИ, 1981. - 63 с.
2. ГОСТ 21780-83-2006. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Расчет точности. - М.: Изд-во стандартов, 2007. -15 с.
3. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
4. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 28 с.
5. Дунаев, П. Ф. Размерные цепи. - М.: Машгиз, 1963. - 308 с.
6. ГОСТ 21779-82 (СТ СЭВ). Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Технологические допуски. Госстрой СССР. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 22 с.
7. Столбов, Ю. В. Назначение точности возведения строительных конструкций с учетом ответственности зданий и сооружений / Ю. В. Столбов, С. Ю. Столбова // Вестник СибАДИ. -2006. - № 4. - С. 134-138.
8. Столбова, С. Ю. О расчете единицы допуска на установку колонн относительно разбивочных осей при возведении зданий и сооружений / С. Ю. Столбова, И. П. Савицкий // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений: Материалы I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. - Кн.2. - С. 223-227.
9. Столбова, С. Ю. Анализ точности геометрических параметров изготовленных железобетонных колонн и ферм для возведения одноэтажного производственного здания / С. Ю. Столбова // Вестник СибАДИ. - 2013. - № 1 (29). -С. 77-81.
METHODS OF CALCULATION AND SUBSTANTIATION OF TECHNOLOGICAL ADMISSIONS OF PLANNED AND VERTICAL POSITION OF A DESIGN AT ERECTION OF ONE-STOREYED INDUSTRIAL BUILDINGS
S. Yu. Stolbova
Calculations of technological admissions of planned and vertical position of designs at erection of an one-storeyed industrial building are executed. The analysis of the received results of calculations is made by methods: a maximum-minimum with application of ways of equal admissions and equal accuracy and likelihood with application of ways of the attempts, equal admissions and equal accuracy. The analysis of the received results of calculations has shown that for a substantiation of accuracy of technological admissions of planned and vertical position of designs
at a design stage the most comprehensible is the likelihood method of calculation with application of a way of equal accuracy.
Keywords: accuracy, geodetic and installation works, a method of calculation of admissions, planned and vertical position, designs of buildings.
Bibliographic list
1. Stolbov, Ju. V. Osnovy of calculation and the analysis of accuracy of erection of modular buildings and constructions / Ju. V.Stolbov // the Manual. -Omsk: SibADI, 1981. - 63 p.
2. GOST 21780-83 -2006. System of maintenance of accuracy of geometrical parametres in building. Accuracy calculation. - M: Publishing house of standards, 2007.-15 p.
3. SNIP 3.03.01-87. Bearing and protecting designs. Gosstroy of the USSR. - M: CITP Gosstroy of the USSR, 1988.
4. SNIP 3.01.03-84. Geodetic works in building. Gosstroy of the USSR. - M: CITP Gosstroy of the USSR, 1985. - 28 p.
5. Dunaev, P . F. Dimensional chains. - M: Mashgiz , 1963. - 308 p.
6. GOST 21779-82 (ST СЭВ). System of maintenance of accuracy of geometrical parametres in building. Technological admissions. Gosstroy of the USSR. - M: Publishing house of standards, 1982. - 22 p.
7. Stolbov, Ju. V. Naznachenie of accuracy of erection of building designs taking into account
responsibility of buildings and constructions / Ju. V. Stolbov, S. Ju. Stolbova // Vestnik SibADI, вып. 4. Publishing house SibAdI, 2006. - P. 134-138.
8. Stolbova, S. Ju. About calculation of unit of the admission on installation of columns concerning marking axes at erection of buildings and constructions / S. Ju. Stolbova, I. P. Savitsky // Problems of designing, building and operation of transport constructions: Materials of I All-Russia scientifically-practical conference of students, postgraduate students and young scientists. - Omsk: Publishing house SibAdI, 2006. - Kn.2. - P. 223-227.
9. Stolbova, S. Ju. Analiz of accuracy of geometrical parametres of the made ferro-concrete columns and farms for erection of an one-storeyed industrial building / S. Ju. Stolbova // Vestnik SibADI, 2013. - № 1 (29). - P. 77-81.
Столбова Светлана Юрьевна - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Недвижимость и строительный бизнес» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научной деятельности: методология расчета и назначения технологических допусков для обеспечения геометрических параметров конструкций зданий и сооружений. Общее количество опубликованных работ: 45. е - mail: [email protected].
УДК 624.131
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РАЗГРУЖАЕМЫХ СВАЙ И СТАБИЛИЗАЦИИ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ ПРИ УСИЛЕНИИ ФУНДАМЕНТОВ
Е. В. Тишков
Аннотация. На основании проведенных экспериментальных исследований в глинистых грунтах установлен характер работы разгружаемых с различного уровня нагрузок на сваи. Подтверждены разработанные аналитические зависимости для оценки работы сваи при разгрузке в процессе активного усиления фундаментов. Выполнены экспериментальные исследования скорости нагружения основания усиливающего ростверка.
Ключевые слова: свая, ростверк, нагрузка, осадка, усиление.
Введение
На ранних стадиях активного усиления свайных фундаментов сваи, длительное время находившиеся под нагрузкой, разгружаются за счет частичной передачи нагрузок на элементы усиления посредством ступенчатого приращения усилий в домкратах [1]. На основе введенных предпосылок о работе свай при разгрузке, была разработана теоретическая методика расчета
усиливаемого свайного фундамента [2]. Для уточнения параметров напряженно-деформированного состояния фундамента при усилении и подтверждения разработанной при аналитических
исследованиях методики были выполнены натурные экспериментальные исследования работы разгружаемых свай. Кроме того, для определения скорости загружения усиливающих элементов и дальнейшего прогноза срока выполнения работ по усилению выполнены испытания грунта при разной скорости нагружения штампа. Эксперименты выполнялись в глинистых грунтах на территории г. Омска.
Основная часть
Методикой расчета конструкции активного усиления свайных фундаментов
предусмотрено нахождение параметров НДС свайного фундамента при усилении.
