автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Быстровозводимые здания из складывающихся секций

На правах рукописи АНАНЬИН МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

БЫСТРОВОЗВОДИМЫЕ ЗДАНИЯ ИЗ СКЛАДЫВАЮЩИХСЯ СЕКЦИЙ

05.23.01 - Стсоительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1998

■Работа выполнена в Уральском государственном техническом университете - УПИ.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - засл. строитель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Ф.Ф. Тамгоюн

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - засл. строитель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор А.З. Клячин; - кандидат технических наук М.А. Пакин

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - институт Проектстальконструкция

(г. Екатеринбург)

Защита состоится 2~ апреля 1998 г. в /-^~часов на заседании диссертационного совета Д 063.14.08 при Уральском государственном техническом университете - УПИ по адресу: Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, УПУ-УПИ, ауд. С-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ¿^февраля 1998 г.

Просим-Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, в секретариат совета по указанному адресу.

Ученый секретарь

диссертационного совета С^/? -—-р? АЛЕХИН В.Н.

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из путей повышения эффективности строительства является применение прогрессивных конструкций зданий и сооружений, позволяюцих уменьшить трудоемкость, стоимость и сроки монтажа. Для достижения этой цели особенно эффективно применение зданий комплектной поставки, в том числе сборно-разборного типа, которые позволяют осуществлять их передислокацию и эксплуатацию на новом месте. При этом здания из складывающихся секций наиболее рационально сочетают в себе высокую степень заводской готовности, транспортабельность и универсальность применения. Их применение позволяет быстро возводить здания в отдаленных и труднодоступных районах, при развертывании крупных строительных баз, а также при ликвидации последствий стихийных бедствий и катастроф и тем самым сокращать сроки строительства. Широкому применению этих зданий должны предшествовать исследования их действительной работы, направленные на разработку методики их расчета. Этому и посвящена данная диссертация.

Исследования выполнены в составе тематики по межвузовской научно-технической программе "Архитектура и строительство" Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации, а также по заданию Государственного Комитета по строительству Российской Федерации.

Целью работы является повышение эффективности строительства путем создания научных основ проектирования быстровозводимых зданий из складавакщихся секций, их разработки и внедрения. Данная цель достигается проведением теоретических и экспериментальных исследований действительной работы зданий и организацией их серийного производства, что позволит снизить расход стали, трудоемкость и стоимость возведения объектов и сократить сроки строительства.

Для достижения дели необходимо решить следукщие задачи:

1)на основе имеющегося опыта конструирования и применения мобильных (инвентарных) зданий разработать новую, более эффективную, конструкцию зданий из складывающихся секций и систему быстровозводимых зданий высокой заводской готовности с различными геометрическими параметрами и о&ьемно-планировочными решениями;

2)исследовать влияние податливости болтовых соединений несущих элементов каркаса на работу поперечных рам и разработать методику ее учета;

3)исследовать пространственную работу зданий на крановые нагрузки и разработать рекомендации по ее учету;

4)экспериментально исследовать опытные образны секций на различные вида статических нагрузок для определения напряженно-деформированного состояния конструкции и выявления ее несущей способности и специфики ее работы с учетом конструктивных особенностей зданий;

5)исследовать жесткость секций в продольном направлении здания на действие горизонтальных нагрузок, действующих вдоль здания;

6)исследовать теплотехнические характеристики огравдения• эксплуатируемых зданий;

7)исследовать удобство и технологичность монтажа секций;

8)разработать методику расчета зданий с учетом особенностей их работы.

Научную новизну работы, защищаемую автором, составляют:

- конструктивные разработки зданий из складывающихся секций;

- результаты экспериментальных исследований опытных образцов на действие статических нагрузок, а также теплотехнические

исследования эксплуатируемых зданий;

- результаты теоретических исследований податливости узлов соединений элементов каркаса зданий с подкосами и затяжками и предложенная методика ее учета;

- результаты численных исследований пространственной работы зданий на крановую нагрузку и рекомендации по ее учету.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке инженерной методики расчета зданий с учетом их пространственной работы и податливости болтовых соединений;

- в разработке новой конструкции зданий из складывающихся секций и организации их серийного производства.

Внедрение результатов. Результаты исследований использованы:

- при разработке конструктивных решений быстровозводимых эдно- и многопролетных зданий с шириной пролетов б, 9, 12, 18 и 24 м;

- при разработке конструкторской документации: шифр 001.330 "Складывающееся здание СКЗ-18", шифр 004-00 "Здание складывающегося типа пролетом 12 м", шифр 053-00 "Инвентарные складывающиеся здания пролетом 12 м" (комплекты АР и КМ), шифр 034-00 "Здания из складывающихся секций пролетом 18 м", шифр 035-00 "Здания из складывающихся секций пролетом б м", шифр 254-00 "Складывающееся комплектное здание пролетом 9 м", шифр 254-01 "Складывающееся комплектное здание пролетом 12 м", шифр 254-02 "Складывающаяся . секция пролетом 1-2 м", шифры 254-05 и 254-05С "Мобильньк здания комплектной поставки из складывающихся сек-дий";

- внедрении зданий пролетом 12 м в серийное производство на тредприятиях концерна "Истэк": Первоуральском заводе комплектных металлических конструкций, Новокузнецком заводе технологического оборудования, Новосибирском заводе цементно-стружечных плит и три дальнейшем совершенствовании конструкции этих зданий;

-б-

- при разработке методики расчета зданий типа СКЗ.

Апробация работа. Основные результаты диссертационной работы доложены и представлены на:

- международной научно-технической конференции "Металло-строительство - 96", Донецк-Макеевка, 3...7 июля 1996 г.;

- IV Украинской республиканской научно-технической конференции "Развитие, совершенствование и реконструкция специальных сварных стальных конструкций зданий и сооружений", Симферополь, 13...15 октября 1988 г.;

- Ш республиканской научно-технической конференции "Вопросы совершенствования расчета и проектирования пространственных конструкций", Волгоград, 1989 г.;

- Северо-Кавказской региональной научно-практической конференции по пространственным конструкциям, Туапсе, 28 сентября ... 2 октября 1988 г.;

- областных научно-технических конференциях, Свердловск, Екатеринбург, 1985...1995 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы.

Объем диссертации. Основное содержание диссертации изложено на 104 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 196 наименований и два приложения на 13 страницах. Всего 216 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований и дана краткая аннотация проделанной работы.

В первой главе приведен анализ отечественного и зарубежного опьгга применения мобильных (инвентарных) зданий и, в частности, сборно-разборных зданий из. складывающихся секций. Отмечены их

достоинства: высокая степень заводской готовности и транспортабельности, низкая трудоемкость, продолжительность и стоимость монтажа. Вследствие выпеизложенного здания этого типа нашли широкое применение при строительстве в отдаленных и труднодоступных районах, возведении вахтовых поселков, ликвидации последствий катастроф и стихийных бедствий.

Среди отечественных разработок широкое распространение получили здания систем "Пионер", 5КЗ, УК-1, разработга икстят^а "Оргэнергострой" и его филиалов, Красноярского ПромстройНИИпро-екта и ряда других организаций. За рубежом известна продукция фирм ODA, Канады, Великобритании, Швеции, Финляндии, Японии и других стран.

Вследствие необходимости обеспечения возможности разборки зданий и их сборки в условиях дефицита высококвалифицированной рабочей силы узлы соединения монтажных элементов выполняются на обычных болтах или цилиндрических пальцах. Такие узлы являются податливьыи, что оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции и приводит к увеличению перемещений и перераспределению усилий в элементах каркаса.

Вопросами изучения податливости узлов занимались В.Н. Бай-ков, А.К.Бейсебаев, Е.И.Беленя, Ю.А.Иванченко, П.С.Карпеченко,

B.А.Клевцов, Ю.И.Колмогоров, M.Ackroyd, J.Augustin, M.Frye, К. Gerstle, W.Jenkins, D.Kennedy и другие.

Аналитические методы расчета стержневых систем с податливыми узлами (в том числе и опорными) основаны на классических методах строительной механики - методах сил и перемещений. В этом направлении работали В.Н.Алехин, В.С.Васильков, Н.М.Володин,

C.И.Докудовский, В.А.Клевцов, Л.В.Клепиков, В.И.Клопотовский, Ю.И.Колмогоров, Н.Л.Котляр, Ю.Л.Крииман, Я.И.Ольков, М.А.Пакин, Y.Chikata, К.Gerstle, A.Hirai, T.Kabori и другие.

Вылеизлеженные исследования податливости узлов были проведены для неразъемных соединений каркасов капитальных зданий. Однако для мобильных (инвентарных) зданий характерно сборно-разборное решение соединений элементов. Конструктивно эти узлы можно подразделить на две большие группы: замкового типа и на обычных болтах.

Работа таких соединений практически не изучена. Исключение составляет исследование работы узлов ' замкового типа зданий БКЗ, проведенные в Киевском НИИСК. Однако полученные результаты применимы только для замковых узлов данной конструкции и не могут быть распространены на все вида сборно-разборных соединений. Креме того, не изучена работа соединений элементов рам, подкрепленных подкссами и затяжками. Почти полностью отсутствует информация о работе соединений ригелей и колонн на обычных болтах, за исключением работ В.И.Трофимова, Э.В.Третьяковой и И.И.Зуевой.

Другой общей для мобильных зданий чертой является то, что элементы конструкции сочетают в себе несущие и огравдаюдие функции. Кроме того, секции, составленные из щитов, после соединения между собой образуют пространственную систему и тем самым обеспечивают пространственную работу зданий на все виды силовых воздействий, в том числе и на крановые нагрузки.

В отечественной науке большой вклад в решение этой задачи внесен Э.Л.Мрумяном, Е.И.Беленей, М.М.Бердичевским, В.Н.Валем, А.Н.Гениевым, Ю.М.Дукарским, Ю.К.Тринчером и другими. Из зарубежного опыта широко известны работы таких авторов, как E.R.Bryan, J.Easly, W.El-Dakhakny, D.A.Godfrey и других.

Разработанные методы учета пространственной работы зданий позволяют получить довольно точные результаты при расчете одноэтажных зданий традиционного типа. Однако, по зданиям из складывающихся секций результаты таких исследований неизвестны.

На основании проведенного анализа информации сделаны выводы и сформулированы задачи исследований.

Во второй плава изложены конструктивные решения разработанных автором зданий из складываоцихся секций, универсальных по назначению, одно- и многопролетных с шириной пролетов 6, 9, 12, 18 и 24 м, различные подъемно-транспоргньм оборудованием, рассчитанных на применение в различных районах России и ближнего зарубежья (рис. 1). Шло выпущено 16 альбомов конструкторской документации на стадиях технических решений, АР, КМ и ЩЦ для организации опытного и серийного производства на различных предприятиях.

Данные здания составили конструктивную систему СКЗ. Здания, отапливаемые или "холодные", могут применяться в качестве основных или вспомогательных производственных помещений, складов, гаражей, мастерских, баз строительной индустрии, а также объектов соцкультбыта. При этом их использование возможно как в мобильном варианте, так и в стационарном. Здания предназначены для эксплуатации в следующих условиях:

• нормативный вес снегового покрова Эо = до 2 кПа;

• нормативное значение ветрового давления щ - ДО 0,55 кПа;

• сейсмичность площадки строительства - до 8 баллов;

• расчетная температура наружного воздуха ^ = до -45°С;

• подъемно-транспортное оборудование - подвесной мостовой электрический однобалочный кран грузоподъемностью <2 = до 32 кН или мостовой опорный 0 = до 10 кН.

Однопролетные здания компонуются из унифицированных секций, являющихся их самостоятельными фрагментами, и торцов с воротами. Каждая секция собирается из двух полусекций, вклкиакщих стеновой и кровельный щиты, шарнирно соединенные между собой в заводских условиях. При этом стеновые щиты могут быть глухие, с окном или с дверью.

. ¿м

9м

У

_1

\/

>■- Зн /

Рис. 1. Конструктивная система быстровозводимых зданий из складывающихся сегадай СКЗ: геометрические параметры секций (а), схема монтажа секции однопролетного здания (б), конструкция щита в поперечном разрезе (в): 1 - стеновой шит; 2 - кровельный шит; 3 - затяжка; 4 - подкос; 5 - приставная стойка для опорного крана; 6 - средняя стойка; 1 - водосборная панель; 8 - средняя стойка; 9 -продольное рефо; 10 - поперечное ребро; 11 - отраждаюте оОшивки; 12 - теплоизолирукхо&я прокладка; 13 - утеплитель

Щит состоит из каркаса из продольных и поперечных ребер, выполненных из С-образных холодногнутых профилей. К поперечным ребрам при помощи самонарезающих винтов крепятся ограящагацие обшивки из стальных оцинкованных профилированных листов, между которыми укладывается упакованный в полиэтиленовую пленку утеплитель из полужестких минераловатных плит. Для исключения мостиков холода наружная обшивка крепится через теплоизолирующие прокладки из поливинилхлорида, а в стеновых щитах предусмотрены проти-воусадочныэ уголки. Для уменьшения изгибающих моментов в продельных ребрах, которые являются элементами поперечной рамы здания, и придания зданию большей жесткости в поперечном направлении щиты подкрепляются подкосами и затяжками. Конструкция торцевых щитов аналогична стеновым. Опирание секций и торцевых щитов на фундамент шарнирное, по принципу "штырь-гнездо", без закрепления анкерньми болтами. Особенностью конструктивного решения зданий является то, что соединение стеновых и кровельных щитов (в карнизных и коньковых узлах), крепление к ним подкосов и затяжек, соединение секций между собой, крепление к ним торцевых щитов, а также несущих конструкций ворот выполняется на монтаже при помощи обычных болтов класса точности В.

Конструкция многопролетных зданий аналогична однопролетным с тем отличием, что в состав секции входят Г-образные блоки крайних пролетов из одного стенового и двух кровельных щитов, блоки средних пролетов из двух щитов покрытия, средние стойки, имеющие разреженный шаг, и водосборные панели, выполняющие функции огравдагацих и подстропильных конструкций. В средних пролетах возможна установка зенитных фонарей.

Схема монтажа секции однопролетного здания показана на рис.1. После установки всех секций монтируют торцевые щиты и ворота. Стыки между щитами заполняют минераловатным утеплителем и закрывают нащельниками. Демонтаж производится в обратной после-

довательности. При монтаже многопролетного здания вначале устанавливают средние стойки с водосборными панелями, а затем собирают блоки крайних и средних пролетов (аналогично сборке секций однопролетных зданий). После этого блоки поднимают и устанавливают в проектное положение, устраивают торцы и герметизируют стыки.

К числу достоинств данной конструктивной система следует отнести следующее:

• небольшое количество типоразмеров профилей;

• использование тонкостенных гнутых профилей и, как следствие, малый расход стали;

• простота изготовления;

• удобство и быстрота монтажа - за одну рабочую смену бригада из пяти монтажников и одного крановщика устанавливает 5___6 секций (15...18 метров длины здания);

• все профили и комплектующие изделия, за исключением утеплителя, являются продукцией одного.завода. Таким образом, при изготовлении и комплектовании зданий сведена до минимума зависимость изготовителя и строителей от поставщиков.

Сравнительный анализ' с лучшими образцами отечественных зданий из складывающихся секций, применяемых в настоящее время, показывает, что при одинаковых условиях эксплуатации здания из складывающихся секций системы СКЗ отличаются меньшим расходом стали (на 7.___ 30 %) и более низкими трудозатратами, на изготовление здания (на 5 ... 30%).

Здания пролетом 12 м (бескрановые и оборудованные краном) внедрены в практику строительства. В настоящее время они выпускаются серийно предприятиях Урала и Сибири. Объем изготовления превысил 330 тыс. м2 площади пола или 930 комплектов зданий. Из-

готавливаемые здания нашли широкое применение в различных районах России и странах ближнего зарубежья.

В третьей главе изложены содержание и результаты теоретического исследования податливости болтовых соединений и численного исследования пространственной работы здания на действие нагрузок от подвесных {фанов.

Податливость узлов соединения элементов поперечных рам, подкрепленных подкосами й затяжками, кроме линейной деформации самого подкрепляющего элемента, характеризуется также наличием неупругой составляющей за счет деформаций болтового поля. Ее величина определяется в основном разностью диаметров отверстий и стержней болтов, а также отклонениями размеров при изготовлении отверстий. Величины отклонений размеров в болтовом поле зависят от технологии изготовления отверстий.

В соответствии с вышеизложенным приведенный модуль деформации системы "подкрепляющий элемент - узлы соединения" определяется по формуле:

Е =_»_ (1)

И А * + А2. + А„)

Е + /

где Е - исходный модуль упругости;

А - площадь поперечного сечения подкрепляюцего элемента;

N - продольная сила в этом элементе;

I - длина подкрепляющего элемента (по расчетной схеме поперечной рамы) ;

бо - диаметр отверстия;

<4 - диаметр стержня болта;

Д21 - отклонения межцентровых расстояний, возникающие при разметке и образовании отверстий;

Л22 - отклонение диаметра отверстия.

Величины Д21 и Д22 табулированы в зависимости от технологии изготовления отверстий (по разметке, по кондуктору или на станках с ЧПУ) на основании результатов исследований, проведенных ранее под руководство»! Б.И. Беляева и Р.Г. Губайдулина.

В результате проведенных исследований разработана методика учёта податливости болтовых соединений при расчетах зданий из складывающихся секций. Суть ее заключается в следующем. Вначале выполняется статический расчет без учета податливости. Затем после вычисления приведенных модулей деформации по формуле 1 выполняется новый расчет, и после определения наиболее неблагоприятных сочетаний усилий и перемещений по результатам всех расчетов .производится конструктивный расчет. При этом при проведении инженерных расчетов новое уточнение величин Епр можно не выполнять вследствие малых изменений значений усилий и перемещений. Данная методика применима также при расчетах любых рамных конструкций зданий с подкрепляющими элементами в вице подкосов и затяжек.

Пространственная работа зданий на действие нагрузок от подвесных кранов исследована для зданий пролетом 12 и 18 м. Исследование выполнено методом численного эксперимента с использованием многофакторного анализа. После оценки значимости в качестве факторов влияния были оставлены следующие: изгибная жесткость продольных ребер кровельных щитов, изгибная жесткость крановых путей, сдвиговая жесткость ограждения кровельных щитов и ширина секций.

Вычисление усилий и перемещений производится по следующей формуле:

Р = Рок , (2)

где Г - усилие или перемещение с учетом пространственной работы;

Г0 - то же, без ее учета;

к ~ коэффициент, учитывающий влияние пространственной работы, вычисляемый по формуле:

к = Ькскс , (3)

где ^ - коэффициент учета влияния факторов;

к<1 - коэффициент учета типа элемента или узла; кс - коэффициент учета типа крепления крановых путей. Для вычисления коэффициента к£ на основании результатов факторного анализа составлены.уравнения регрессии, выражающие зависимость величины этого коэффициента от значения вышеперечисленных факторов. Значения коэффициентов ка табулированы в зависимости от типа элемента иди узла (продольное ребро стенового шита, подкос, карнизный узел и т.д.) и от типа выходного параметра (усилие, горизонтальное или вертикальное перемещение). Аналогично табулированы величины коэффициента кс при шарнирном крепленич путей к каркасу здания. В случае жесткого крепления (по пераз-резной схеме) кс =1.

В четвертой главе изложены содержание и результаты экспериментальных исследований опытных образцов секции на действие различных статических нагрузок и теплотехнических исследований эксплуатируемых зданий.

В задачами исследований входило:

1)выявить НДС конструкции при различных вариантах загружеьзй и соответствие его с рэс/етно-теоретическимм дакльми;

2)оценить влияние податлгр.ости болтовых соединений элементов на раб'ту конструкции:

3) исследовать рэс'оту подкосов в связи с особенностями их крепления .1 дать рекомендации по их учету;

4)оценить степень включения профилированных листов в работу на изгиб в плоскости поперечных рам здания, а таьже на г^гщольнкй изгиб;

5) исследовать жесткость секций при воздействии продольной горизонтальной нагрузки;

6) изучить характер разрушения конструкции, определить предельные состояния и величины разрушающих нагрузок;

7) провести испытания образцов стали, вырезанных из опытного образца, для определения фактического предела текучести материала;

8¡оценить технологичность и трудоемкость монтажа секций и соединения их между собой; 9) выявить соответствие теплотехнических свойств ограждающих конструкций требованиям нормативных документов.

На действие статических нагрузок были испытаны секции пролетом 12 м бескранового здания и здания, оборудованного краном. Опытные образцы загружались горизонтальными и вертикальными нагрузками, имитировавшими действие нормативных и расчетных постоянной, снеговой, ветровой и крановой нагрузок, а также их совме--стное действие. Деформации материала образцов измеряли тензоре-зисторами, а перемещения - прогибомерами и индикаторами часового типа. Для уточнения прочностных свойств материала из продольных ребер щитов секций были вырезаны 40 образцов стали, испытанные после этого на растяжение.

Исследование теплотехнических свойств ограждения было проведено в двух эксплуатируемых зданиях в зимний период. Выявление общей (качественной) картины температурных полей по поверхности щитов и в стыках между ними производилось при помощи дистанционного тепловизора, измерение тепловых потоков через стеновые щиты выполнялось при помощи прибора ИТП-11, а температур в точках - при помощи полупроводникового щупа.

Результаты экспериментальных исследований кратко сводятся к следующему:

1. Исследованиями выяснено, что на напряженно-деформированное состояние (НДС) опытных образцов существенное влияние оказывает податливость болтовых соединений элементов. Об этом свидетельствует наличие значительных (до 30%) остаточных деформаций при первых загружениях. При последующих загружениях в этом же направлении величина остаточных деформаций значительно меньше и стремится к нулю.

Кроме этого, на НДС также оказывает влияние включение в работу каркаса обливок ограждения щитов, работающих на изгиб со сжатием, вследствие чего значения перемещений узлов секций снижаются на 10... 15%.

Сравнение экспериментальных величин усилий и перемещений в наиболее нагруженных местах с расчетными, вычисленньми с учетом податливости болтовых соединений и включения ограждения в работу, дает удовлетворительное их совпадение между собой. Расхождение величин перемещений узлов и усилий в элементах в обоих опытных образцах при различных загружениях составляет -17...+14 %. В то же время при неучете данных факторов отклонения экспериментальных величин от расчетных значительно больше.

2.В подкосах вследствие наличия эксцентриситета при их креплении к продольным ребрам щитов действуют значительные изгибающие моменты из плоскости поперечных рам. Поэтому при конструктивных расчетах подкосов следует учитывать коэффициент условий работы ус = 0,7.

3.Предельное состояние по второй группе в опытном образце бескрановой секции не наступило, а в крановой секции наступило при величине суммарной нагрузки, в 1,7 раз превышающей нормативную.

Предельное состояние по первой группе наступило в бескрановой секции при вертикальной и горизонтальной нагрузках,

превыпаицих расчетную соответственно на 86% и 54%, а в секции кранового здания - при величине суммарной нагрузки, на 58% больше расчетной. В обоих случаях разрушение произошло вследствие потери устойчивости продольным ребром стенового щита в упруго-пластической стадии работы стали и потери местной устойчивости сжатой палки и стенки этого ребра в месте крепления к нему подкоса.

Фактические величины расчетных сопротивлений стали по пределу текучести превышают принятые при конструктивных расчетах значения на 23% для стали толщиной 3 мм и на 18% для стали толщиной 4 мл. Это частично объясняет запас несущей способности опытных образцов секций. К{юме этого, запас объясняется также развитием пластических деформаций вглубь поперечных сечений элементов и перераспределением усилий в элементах рамы.

4. Стеновые щиты обладают достаточной жесткостью для восприятия горизонтальных нагрузок, действующих в продольном направлении здания, и обеспечения геометрической неизменяемости конструкции. Величина перемещений в уровне карнизных узлов от действия торцевой ветровой нагрузки в 3,8 раза меньше нормативной. Вследствие этого надобность в постановке вертикальных связей в стеновых щитах отсутствует.

5. Теплотехнические показатели щитов и их стыков мевду собой удовлетворяют требованиям СНиП "Строительная теплотехника. Нормы проектирования" редакции 1995 года, предъявляемым к про-мыяленръм зданиям. В случае использования зданий в качестве общественных требуется дополнительное утепление стыков щитов.

По контуру окон и ворот в местах обрамления наблюдались зоны с отрицательными температурами поверхности вследствие недостаточности сопротивления теплопередаче оконных переплетов и наличия мостиков холода по обрамлению этих проемов.

Для улучшения температурного режима ограждения в дальнейшем в конструкцию зданий были внесены изменения.

б.Опытные образцы секций надежны в работе, удовлетворяют требованиям нормативных документов и пригодны для эксплуатации.

7.Секции обладают высокой степенью заводской готовности и технологичны в монтаже. Соединение элементов секции, а также секций между собой при помощи обычных болтов не вызывает затруднений. Для уменьшения трудоемкости монтажных работ при дальнейшей разработке зданий в конструкцию узлов внесены изменения.

Штыревое опирание секций на фундамент без закрепления их анкерными болтами надежно, конструктивно оправдано и технологично.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Разработано конструктивное решение здания из складывающихся секций. На его основе создана конструктивная система универсальных по назначению быстровозводимых зданий высокой заводской готовности: одно- и многопролетные с шириной пролетов 6, 9, 12, 18 и 24 м, подвесным и опорньм подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью от 10 до 100 кН и без него, рассчитанных на применение в различных районах России и ближнего зарубежья. Предусмотрены варианты как стационарной эксплуатации зданий, так и разборки их и передислокации на новое место.

Выпущено 16 альбомов конструкторской документации на стадиях технических решений, АР, КМ и КМД для организации опытного и серийного производства на различных предприятиях России и ближнего зарубежья.

Сравнительный анализ с лучшими образцами отечественных конструкций мобильных зданий - разработанных ОПТП "Энерготех-

пром", Киевским НИИСК, а также Красноярским ПромстройНИИпроек-том, показывает, что здания из складывающихся секций системы СКЗ отличаются меньшим расходом стали (на 7 ... 30 %) и более низкими трудозатратами на изготовление (на 5 — 30%).

2.Выявлено, что податливость болтовых соединений элементов поперечных рам зданий из складывающихся секций существенно влияет на их напряженно-деформированное состояние (НДС), вызывая перераспределение усилий и перемещений, и характеризуется наличием неупругой составляющей деформирования, появляющейся за счет деформаций болтового поля. Ее величина определяется разностью диаметров отверстий и стержней болтов и отклонениями размеров диаметров отверстий и межцентровых расстояний при изготовлении отверстий, которые зависят от технологии изготовления отверстий.

На основании результатов исследования разработана методика учета податливости болтовых соединений элементов рамных конструкций с подкрепляющими элементами в виде подкосов и затяжек.

3.На основании результатов исследования пространственной работы зданий на действие нагрузок от подвесных кранов и анализа влияния различных факторов на изменение величин усилий и перемещений в элементах и узлах наиболее нагруженной поперечной рамы получены уравнения регрессии, устанавливающие зависимость между принятыми факторами и коэффициентами снижения усилий и перемещений в различных' сечениях поперечной рамы. Получены коэффициенты для усилий и перемещений, учитывающие местоположение элемента или узла и тип крепления путей крана к каркасу.

Разработаны удобные для использования при инженерных расчетах практические рекомендации по учету пространственной работы на крановые нагрузки в зданиях из складывающихся секций типа СКЗ, заложенные в методику их расчета.

Оценка ожидаемой технико-экономической эффективности выявила, что учет пространственной работы на крановые нагрузки позволяет уменьшить расход стали на здание на 3... 4 % в зависимости от района применения здания.

4.Экспериментальные исследования опытных образцов секций подтвердили, что на НДС опытных образцов существенное влияние оказывает податливость болтовых соединений элементов и включение в работу каркаса обшивок ограждения щитов, работающих на изгиб со сжатием.

Сравнение экспериментальных величин усилий и перемещений в наиболее нагруженных местах с расчетными, вычисленными с учетом податливости болтовых соединений и включения ограждения в работу, дает удовлетворительное их совпадение между собой. В то же время при неучете данных факторов отклонения экспериментальных величин от расчетных значительно больше. Таким обра-

1 зом, предлагаемое методики учета податливости болтовых соединений и жесткости ограждения секций адекватно отражают работу зданий типа СКЗ при действии статических нагрузок, подтверждены экспериментально и могут быть использованы при статических и конструктивных расчетах данных зданий.

5.Стеновые щиты обладают достаточной жесткостью для восприятия горизонтальных нагрузок, действующих в продольном направлении здания, и обеспечения геометрической неизменяемости конструкции. Вследствие этого надобность в постановке вертикальных связей в стеновых щитах отсутствует.

6.Теплотехнические показатели щитов и их стыков между собой удовлетворяют требованиям СНиП "Строительная теплотехника. Норьы проектирования" редакции 1995 года, предъявляемым к промышленным зданиям. В случае использования зданий в качестве общественных требуется дополнительное утепление стыков.

7.Секции оСладакгг высокой степенью заводской готовности и технологичны в монтаже. Соединение элементов секции, а также секций между собой при помощи обычных болтов не вызывает затруднений. По результатам контрольных сборок зданий внесены изменения в конструкцию узлов.

8. Выполненный комплекс экспериментальных исследований в целом показал, что опытные образцы бескранового здания и здания, оборудованного краном, надежны в работе, удовлетворяют требованиям нормативных документов и пригодны для эксплуатации.

9.На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета зданий из складывающихся секций типа СКЗ, учитывал из я особенности их работы на действие статических нагрузок.

10.Здания пролетом 12 м (Оескрановые и оборудованные подвесным краном) изготавливаются серийно на Первоуральском заводе комплектных металлических конструкций, Новокузнецком заводе технологического оборудования и Новосибирском заводе цементно-стружечных плит. Объем изготовления превысил 330 тыс. м2 площади пола или 930 комплектов зданий.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Ананьин М.Ю. Исследование влияния податливости болтовых соединений на распределение усилий в элементах каркаса складывакще-гося здания// Совершенствование методов расчета, проектирования и монтажа строительных конструкций: Тез. докл. науч.-техн. конфер. - Свердловск, 1989. - С. 3.

2.Ананьин М.Ю. Исследование влияния пространственной работы складывающегося здания на напряженно-деформированное состояние элементов поперечных рам// Исследования пространственных конструкций: Межвузов, сб. науч. трудов. - Свердловск: УПИ, 1991. - С. 130...135.

3.Ананьин М.Ю. Учет податливости болтовых соединений в зданиях из складывающихся секций//Металлостроительство-96: Сб. трудов меяшунар. конфер. Донецк-Макеевка, 3...7 июля 1996 г. - Донецк-Макеевка, 1996. - Т. 2. - с. 120...121.

4.Ананьин М.Ю. Экспериментальные исследования секции складывающегося здания// Научно-технический прогресс в строительстве: Тез. докл. науч.-техн. конфер. Свердловск, 26 апреля 1988 г. -Свердловск, 1988. - С. 5.

5.Ананьин М.Ю., Кесель И.И. Исследование величин коэффициентов расчетных длин рам складывающихся зданий// Легкие металлические конструкции: Межвузов, сборник. - Свердловск: УПИ, 1989. - С. 62...65.

6.Ананьин М.Ю., Крохалев В.Г. Разработка и исследования складывающихся щитовых зданий// Тез. докл. Северо-Кавказской региональной науч. - практич. конфер. по пространственным конструкциям. Туапсе, 28 сентября - 2 октября 1988 г. - Ростов-на-Дону, 1988. - С. б...7.

7.Инвентарные здания из складывающихся секций/ Тамплон Ф.Ф., Крохалев В.Г., Ананьин М.Ю., Тарабаев В.Н.// Промышленное строительство. - 1989. - № 12. - С. 18...19.

8.Инвентарные складывающиеся щитовые здания пролетом 12 м: Ин-форм. листок № 108-86 Свердловского ЦНТИ/ Тамплон Ф.Ф., Крохалев В.Г., Ананьин М.Ю., Никулин Е.Ф. - Свердловск, 1986.

Э.Многопролетные инвентарные складывающиеся здания с пролетами 12 м: Информ. листок о науч.-техн. достиж. № 89-3 Свердловского ЦНТИ/ Тамплон Ф.Ф., Крохалев В.Г., Ананьин М.Ю. - Свердловск, 1989. - С. 4.

10.Тамплон Ф.Ф., Ананьин М.Ю. Инвентарные складывающиеся здания// Легкие металлические конструкции: Межвуз. сборник. Свердловск: УПИ, 1989. - С. 4...14.

И.Тамплон Ф.Ф., Ананьин М.Ю. Сборно-разборные здания из складывающихся секций: Информ. листок о науч.-техн. достижении № 9030 Свердловского ЦНТИ. - Свердловск, 1990. - С. 4.

12. Теоретические и экспериментальные исследования зданий из складываыцихся секций/ Тамплон Ф.Ф., Крохалев В.Г., Ананьин М.Ю.// Развитие, совершенствование и реконструкция специальных сварных стальных конструкций зданий и сооружений: Тез. докл. IV республик, науч.-техн. конфер. по металлическим конструкциям. Симферополь, 13-15 октября 1988 г. -Сб. 1. -Киев, 1988. -С. 35...36.

13.Теоретические и экспериментальные исследования инвентарных складывающихся зданий/Тамплон Ф.Ф., Крохалев В. Г., Ананьин М.Ю.// Вопросы совершенствования расчета и проектирования пространственных конструкций: Тез. докл. III республик, науч.-техн. конфер. Волгоградского инж.-строит, ин-та. - Волгоград, 1989.- С. 81...84.

Всего по теме диссертации опубликовано 23 работы.

/

Подписано в печать 25.02.98. Формат 60/84/16. Усл. п. л. 1.5. Тираж 100 экз. Заказ № 83. Издательство "Аэрокосмоэкология". 620144, г. Екатеринбург, ул. Фрунзе, 76, Лиц. ЛР № 0408/8 от 17.VI.97r.