CC BY
87
Вісник ПДАБА
гражданского строительства. / Складнев Н. Н. - М., 1981. - С. 44 - 59.
5. Судаков В. В. Контроль качества и надежность железобетонных конструкций / Судаков В. В. - Л., 1980. - 168 с.
6. Савицкий Н. В. Основы расчета надежности железобетонных конструкций в агрессивных средах: Дисс... доктора техн. наук: 05.23.01, 05.23.05. / Н. В. Савицкий, 1994. -400 с.
7. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 85 с.
УДК 624.014.2
ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ В РАЗДЕЛЕ «МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ» ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА ОДНОЭТАЖНОГО ПРОМЗДАНИЯ
Н. Г. Братусь, к. т. н., доц.
Ключевые слова: одноэтажные промздания, металлические конструкции, вариантное проектирование
Постановка проблемы. Вариантная часть дипломного проекта и качество её выполнения характеризуют общий квалификационый уровень подготовки студента к решению нетиповых задач. Именно здесь студент может наиболее ярко раскрыть свои творческие способности, предлагая те или иные нестандартные решения [1]. В практике кафедры был пример, когда на два из четырех предложенных в дипломной работе вариантов были выданы авторские свидетельства на изобретения. В целом же вариантное проектирование имеет свои особенности. Как правило, оно должно содержать:
- патентный и литературный обзор решений по рассматриваемой тематике;
- определение (с помощью расчета) основных показателей и характеристик принятых к рассмотрению вариантов;
- сравнительный анализ вариантов.
Вариантная часть имеет большое значение для успешной защиты дипломного проекта. На кафедре по ряду наиболее часто встречающихся объектов сложились определенные направления исследований, которые могут быть использованы и при разработке вариантной части дипломного проекта.
Успешное выполнение выриантной части требует от студентов умения применять для расчетов универсальные программные комплексы. Вместе с тем, как правило, это связано с большими затратами времени. Поэтому многие студенты, дипломирующиеся по кафедре, начинают такие проработки уже при выполнении проектов по спецкурсу, которые предшествуют дипломированию. Все это требует от преподавательского состава кафедры постоянного внимания и полной мобилизации для решения рассмотренных здесь учебных задач.
Анализ исследований и публикаций. На данное время отсутствуют методические материалы для студентов по специальности ПГС относительно конкретных рекомендаций по вариантному проектированию металлических каркасов промышленных зданий или его отдельных элементов. В соответствии с отработанной методикой в дипломном проекте, кроме расчетов по вариантной части с использованием ЭВМ, студент разрабатывает один - два листа формата А1.
Преподавателям, которые только начали работать и вести дипломное проектирование, трудно дать студенту тему вариантной части дипломной работы. К тому же эти темы каждый год следует уточнять и приводить в соответствие с теми задачами, которые решает промышленность Украины.
Изложение основного материала. В данной статье рассматриваются некоторые предложения по вариантному проектированию применительно к стальным каркасам одноэтажных промышленных зданий. Подобные разработки имеются и по другим объектам: стальные резервуары, большепролетные покрытия, высотные здания и сооружения, крановые металлоконструкции.
1. Пространственная работа каркаса одноэтажного промздания при действии ветровой нагрузки
32
№ 8 серпень 2011
В нормах [2] указано, что учет пространственной работы каркаса должен стать обязательной нормой проектирования.
Пространственный каркас одноэтажного промздания состоит из плоских поперечных рам, продольного горизонтального диска и связей по торцам. Плоские поперечные рамы на уровне диска имеют жесткость, характеризуемую в терминах метода перемещений единичной реакцией г., которую получают при смещении верхушек колонн на S = 1. Здесь нужна развитая система связей продольного горизонтального диска; изгибную жесткость диска можно оценить параметром Шд. При количестве шагов рам более пяти можно с допустимой для
практики погрешностью «размазать» реакцию г. на шаг рам lP и получить для продольного диска коэффициент постели кП = ru / lP. Расчет каркаса при этом сводится к расчету балки с жесткостью EJд на упругом основании Винклеровского типа и упругими опорами на концах.
Жесткость упругих опор характеризуется единичной реакцией торца Г , возникающей при смещении торца на уровне диска на S = 1. При известной длине блока lб можно выполнить анализ работы каркаса с помощью безразмерного пареметра в* 1б , где коэффициент упругого
основания
в = 4
к
П
4* EJ
д
Исследования [3] показали, что для передачи как можно большей части ветровой нагрузки на жесткие торцы необходимо, чтобы параметр в*ІБ был бы ближе к единице и не более 1,5...2,0. Это достигается или увеличением жесткости диска, или устройством жестких рам с
шагом lj < 05 LjL. Расчет каркаса при устройстве более жестких рам выполним только с
помощью ЭВМ. Расчеты при постояной жесткости диска и торцах произвольной жесткости студенты кафедры МиДК ПГАСА выполняли начиная с 1980 года.
2. Замена в конструкции покрытия решетчатого ригеля на сплошностенчатый
К достоинствам балок относятся: уменьшение трудоемкости изготовления, надежность в эксплуатации, снижение габарита покрытия и высоты здания.
Вариантная часть может иметь два направления:
2.1. Исследование закономерности изменения массы ригеля с плоской, волнистой, гофрированной или перфорированной стенкой
Здесь необходимо выполнить расчеты по подбору сечения балок, дать графики сравнения масс балок и обосновать закономерности изменения массы с использованием формулы пучка прямых [4]. Сравнить массы балок и стропильных ферм.
2.2. Использование сплошностенчатого ригеля с изменением конструктивной схемы поперечника здания
Для двухпролетного здания с шарнирным сопряжением колонн с ригелями и жесткой заделкой колонн в фундаментах наиболее удачным решением является установка на колонне среднего ряда двух подкосов (рис. 1). Балки по оси среднего ряда шарнирно соединены друг с другом.
33
Вісник ПДАБА
Рис. 1. Двухпролетная рама с подкосами: а - конструктивная схема; б - расчетная модель
В этой схеме при симметричном нагружении каркаса достигается примерное равенство изгибающих моментов Мі и М2, а масса балки становится сравнимой с массой фермы. При этом сохраняется жесткость верхней части колонны и тем самым улучшается работа рамы на
горизонтальные нагрузки. Размер l1
1
8
1
6
L, при котором достигается условие М1 = М2 ,
устанавливается расчетами.
3. Эффективность использования различных типов поперечных сечений и применения высокопрочных сталей в центрально сжатых элементах
Известно, что эффективность применения высокопрочных сталей растет с уменьшением гибкости, с повышением нагрузок или с понижением расчетной отрицательной температуры.
Формула (1), предложенная в работе [4] для вычисления площади центрально-сжатых стержней, пригодна и для анализа эффективности сталей различной прочности.
A =
N • Yn
Ry Yc
■ + bn
l
ef
10000 • (i- )2
(1)
2
Первое слагаемое учитывает величину нагрузки и прочность стали, а второе - прочность стали и гибкость элементов. Расчетное сопротивление Ry (МПа) входит в параметр bR = 0,39 • (Ryj210) МПа. В формуле (1) обычный радиус инерции заменен на удельный. Такой
подход дает приемлемые результаты при ограничении гибкости до X = 100*210/R_F.
В зависимости от тонкостенности профилей удельный радиус инерции приближенно равен,
например, для сечения из парных равнополочных уголков iy = 70,0255 • Kw ; iz = ^0,0570 • Kw ;
для тонкостенной трубы i0 =^0,00398 • Kw .
w
h
w
t
Кw
D
__c
t
Рис. 2. Обозначения расчетных параметров поперечных сечений
34
№ 8 серпень 2011
Безразмерный параметр Kw вычисляем по формулам, приведенным на рисунке 2. Для равнополочных одиночных уголков относительно минимальной оси у 0 и оси у
!0 =70,02085 • Kw ; iy = J0,053 • Kw .
На кафедре продолжаются работы по исследованию удельных характеристик для двутавров и других типов поперечных сечений.
Обычно требуемую площадь сжатых стержней находят, задаваясь величиной коэффициента р. Более разумно задаваться тонкостенностью профиля Kw.
Работа по сравнению эффективности сталей различной прочности оформляется в виде графиков и таблиц сравнения результатов.
4. О работе балочных стропильных ферм на крановые и ветровые нагрузки Эта задача важна особенно для зданий с «легкими» покрытиями (рис. 3).
Рис. 3. Нагружение стропильных ферм крановыми и ветровыми нагрузками
Горизонтальные ветровые нагрузки FB и крановые FR прикладываются к верхушкам колонн и и могут достигать таких значений, что в растянутых от вертикальной нагрузки нижних поясах могут появиться силы сжатия или дополнительные напряжения растяжения повлекут увеличение площади растянутого пояса. Эти факторы вынуждают выполнить
проверку нижних поясов на дополнительные усилия F и FK в плоскости и из плоскости фермы и устанавливать, при необходимости, дополнительные стойки или увеличивать сечения панелей ферм, расположенных у колонн [5].
Работая над этой задачей, студент видит многообразие нагрузок, действующих на, казалось бы, простую балочную ферму.
5. Совершенствование узлов колонн и подкрановых балок
5.1. Базы колонн
В производственных зданиях базы колонн заглубляют на отметку ниже уровня чистого пола до 1 200 мм. На основании опыта обследования промзданий можно утверждать, что базы колонн следует располагать выше уровня чистого пола. А это вынуждает пересмотреть существующие конструктивные решения узлов, сделать их с возможно меньшими габаритами и с привлекательным внешним видом.
Это касается раздельных баз решетчатых колонн и внецентренно сжатых баз сплошностенчатых колонн.
5.2. Узлы опирания подкрановых балок на колонны
В балках большой высоты опорные узлы раскрываются при наезде мостовых кранов, что усложняет конструктивное решение. Опыт эксплуатации показывает, что узлы посадки балок на колонны должны быть такими, чтобы выверять и рихтовать не подкрановый рельс, а подкрановую балку. Здесь нужно проанализировать существующие конструктивные решения узлов, предложить и обосновать более совершенные разработки.
5.3. Узлы крепления балок и тормозных конструкций к колоннам
По этой теме следует выполнить обзор узлов креплений и разобраться в методике их расчета. Затем предложить свои варианты решения узлов.
6. Подкрановые балки с тормозными конструкциями и с более развитым верхним поясом
Обычно подкрановые балки воспринимают до 90 % вертикальных нагрузок. Для пролета балок 6 м и при нагружении кранами грузоподъемностью до 20 т верхний пояс балки может быть более развит в горизонтальной плоскости и воспринимать как вертикальные нагрузки, так
35
Вісник ПДАБА
и боковые силы. В этом варианте резко снижается трудоемкость изготовления, монтажа и стоимости. Здесь нужно сравнить металлоемкость и трудоемкость изготовления балок с тормозным листом и швеллером и балок с более развитым верхним поясом.
7. Колонны со сплошностенчатой и решетчатой подкрановыми частями.\
Из-за большого объема вычислений, связанного с необходимостью расчета рамы, этот вариант в дипломном проекте рекомендуется выполнить только для колонны среднего ряда (двухпролетное здание) или в полном объеме для однопролетного здания.
Сплошностенчатую подкрановую часть колонны рекомендуется выполнить из сварного двутавра или из круглых труб.
Ветви решетчатой колонны могут быть решены из прокатных двутавров или из круглых труб.
На листе сравнения вариантов следует дать анализ металлоемкости и привести конструктивные решения узлов.
8. Здания с различным шагом колонн по крайним и средним рядам
Для выполнения производственного процесса шаг колонн по среднему ряду для двухпролетных зданий должен быть как можно больше. Например, при шаге колонн по крайнему ряду 6 м или 12 м шаг колонн среднего ряда может быть 12...48 м. Расчет каркасов таких зданий можно выполнить только на ЭВМ. Для расчета вручную разработаны приближенные модели.
Заключение. Для успешной работы студентов над разделом вариантного проектирования необходимо овладение вычислительнымси комплексами и постоянное совершенствование методических разработок кафедры. Преподаватели обязаны иметь постоянную связь с производством и ведущими проектными институтами, вести поиск новых задач и включать их в раздел «Вариантное проектирование».
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Лихтарников Я. М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. - М. : Стройиздат, 1979. - 319 с.
2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.
3. Братусь Н. Г. Пространственная работа каркаса при действии ветровой нагрузки / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Д.: ПГАСА. - 2004. - № 11. - С. 15 - 21.
4. Братусь Н. Г. Закономерности изменения массы несущих конструкций покрытия и их элементов / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Д.: ПГАСА. - 2004. - № 9. - С. 15 - 22.
5. Кутухтин Е. Г. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий / Кутухтин Е. Г., Спиридонов В. М., Хромец Ю. Н. - [2-е изд., перераб. и доп.] - М. : Стройиздат, 1988. - 263 с. (Справочник проектировщика).
УДК 69.33: 62- 514.5
РОЗРОБКА МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ І РАЦІОНАЛІЗАЦІЇ РОЗРІЗНОЇ КЕРМОВОЇ ТРАПЕЦІЇ АВТОМОБІЛЯ
М. В. Дячук, к. т. н., доц., О. В.Чорний, студент
Ключові слова: розрізна трапеція, рульове керування, векторна модель, раціоналізація, кінематика повороту
Постановка проблеми. Точність кінематики повороту забезпечує стійкий контрольований криволінійний рух, запобігає виникненню додаткових сил на колесах автомобіля й деталях рульового керування (РК), втрати потужності на кочення коліс і зношування шин. Строго певна залежність співвідношення кутів повороту керованих коліс диктується необхідністю організації їх руху по різних траєкторіях із загальним центром повороту .
Вимоги кінематичної дії визначають РУ як механічно зв'язану змінювану систему. Це обставина однозначно визначає функціональний зв'язок між поворотом внутрішнього і
36
