автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследования влияния точности геометрических параметров монтажа на надежность элементов каркасов одноэтажных производственных зданий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ,

ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах рукописи

ПАРАСОНИС Иосиф Исаакович

УДК 624. 046. 5 69. 056. 55. 057 ] 058 : 725. 4

ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТОЧНОСТИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОНТАЖА НА НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КАРКАСОВ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Специальность: С5. 23. 01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученом степени доктора технических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена в Литовской Академии Управления при Правительстве Литовской Республики.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

КРЫЛОВ С.Ы.

ШШ технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор ВДОЛЬД Т.Н.

Ведущая оргашиацин - ЦШИПроизданий

Зацита состоится в час.

на заседании спешаяиаировашоро совета Д 033.03.01.no защите диссе] гации на соискание ученоЯ степени доктора, технических наук при Государственной Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторскои и технологической институте бото! и железобетона по адресу: 109428, Москва, уд.2-я Институтская, д.б

С диссертацией ыояно ознакомиться в библиотеке института.

Учений секретарь специализированного совета, ■ кандидат технических наук ¿/^ Д.Н.Зикеев

ЧЛ/1

[Д'.'сгзш^и.

Общая характеристика работа - на основе данных контрольных замеров по 20-ти объектам выявлены действительные значения геометрических параметров монтажа элементов наркасов одноэтажных производственных зданий из сборнях железобетонных конструкций и ус-тановленн законы их распределения; разработана методология, позволяющая расчетным путем определить значения дополнительных усилий из-за неточностей монтажа в колоннах л фундаментах, а также давлений на основание, оценить влияние точности геометрических параметров на начальную надежность колони и фундаментов, научно обосновать величины допускаемых отклонений на монтаж, взаимоувязанные с возможностями производства работ и надежностью элементов.

Актуальность проблемы заключается в том, что качество изготовления сборных железобетонных конструкций и их монтажа не соответствует требованиям нормативных документов в части соблюдения точности геометрических параметров, однако в практике проектирования это не учитывалось и влияние на несущую способность и надежность, а также причины этого не били известны.

Целью работы являлось изучение действительной точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных производственных зданий, разработка методологии по оценке её влияния на усилия в элементах каркаса и их начальную надежность, обоснование нормируемых величин допускаемых отклонении.

Это потребовало решения следующих задач: - установить действительные значения геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкции и засопи их распределения;

- выявить причины низкого качества геометрических параметров монтажа;

- разработать систему мер по обеспечению нормируемой точности геометрических параметров монтажа;

- выявить и научно обосновать значения случайных эксцентриситетов из-за возможного взаимного смещения сборных конструкций при монтаже, а также величины коэффициентов точности монтажа, которые следует учитывать при расчете прочности колонн и фундаментов одноэтажных производственных зданий от воздействия на них сжимающей продольной силы;

- разработать методику расчета области допустимых парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в косо внецент-ренно сжатых колоннах, исходя из их несущей способности;

- разработать методику расчета характеристики предельной несущей способности косо внецентренно сжатого сечения;

- выявить влияние точности монтажа конструкций покрытий на распределение усилий в колоннах;

- разработать методику расчета опытных величин дополнительных эксцентриситетов продольных сил в ксшоннах, возникающих из-за неточностей монтажа;

- выявить влияние точности геометрических параметров монтажа на нагрузки, передаваемые на фундаменты, и на величины давлений на основание;

- разработать методики по оценке влиятш на начальную надежность колонн и фундаментов точности геометрических параметров монтажа;

- разработать методические подхода к оценке влияния на начальную надежность каркасов (как плоских рамных систем) точности геометрических параметров монтажа;

- отработать методические принципы назначения и дать величины допускаемых отклонений по точности геометрических параметров для монтажа элементов каркасов одноэтатшх производственных зданий из сборных железобетонных конструкций;

- внедрить полученные результаты.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые на основании 12642 контрольных замеров получена исчерпывающая информация о действительной точности геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций; выявлена обеспеченность нормируемых значений допускаемых отклонений; научно обоснованы значения случайных эксцентриситетов из-за возможного взаимного смещения сборных элементов, а также коэффициенты точности монтажа, которые следует учитывать при расчете колонн и фундаментов на воздействие продольной сжимающей силы. Разработана методология оценки влияния точности геометрических параметров монтата на величины нагрузок, передаваемых на колонны и фундаменты, на начальную надежность колонн и фундаментов, даны предложения по назначению величин допус1саомых отклонений на геометрические параметры монтажа и их значения.

Практическая ценность результатов диссертации заключается в том, что на основе действительного уровня точности геометрических параметров монтажа рассмотрен и решен комплекс вопросов, обеспечивающий развитие и совершенствование практики проектировашш, возведения и эксплуатации, а также осуществления поверочных расчетов (при обследовании либо реконструкции) каркасов однозтатных производственных зданий из сборных железобетонных конструкции.

Полученные результата имеют также важное социокультурное значение, так как массовое несоответствие практики ведения монтажных работ требованиям нормативных документов в части соблюдения точно-

сти геометрических параметров и при этом успешная эксплуатация таких зданий впоследствии не стимулировали повышения качества монтажа.

К числу защищаемых автором результатов относятся следугацие.

1. Данные по действительной точности геометрических парат,ют-ров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций, статистики их распределений.

2. Система мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров монтажа конструкций каркасов из сборных железобетонных элементов.

3. Значения случайных эксцентриситетов из-за взаимного смещения элементов, а таете величины коэффициентов точности монтажа для расчета прочности колонн и фундаментов каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций от воздействия на 1шх сжимающей продольной силы.

4. Методика расчета области допустимых парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в колоннах, исходя из их несущей способности.

5. Методика оценки несущей способности косо внецентренно сжатого сечения посредством характеристики предельной несущей способности и значения характеристик предельной несущей способности, полученные для вариантов классов бетонов и армирования, "накрывающих" подавляющее большинство типовых колонн квадратной и прямоугольной форм сечении.

6. Методика расчета допускаемых значений дополнительных к проектным эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия на колон-пи и для ряда ткпопих колонн получешше значения этих эксцентриситетов.

7. Методика расчета дополнительных нагрузок, передаваемых на фундамент и основание, из-за неточностей монтажа, возможные пределы их изменения.

0. Оценка влияния на начальную надежность калошг точности геометрических параметров монтажа.

9. Оценка влияния па начальную надежность фундаментов точности геометрических параметров монтажа.

10. Предложения по оценке влияния на начальную надежность icapicaca как плоской рамной системы точности геометрических параметров монтажа.

11. Методика назначения величин и зпачошш предельных допускаемых отклонений па монтаж сборных железобетошшх конструпщи каркасов одноэтажных производственных зданий.

Лпвобашт получонннх результатов Материалы диссертации докладывались на постоянных семинарах "Проектирование н расчет строитолышх конструкции" d 1908, 1989, 1990 годах и "Перспективы развития строительных конструкций" в 1991 г. в Ленинграде, па Всесоюзной конференции "Проблемы оптимизации и надежности d строительной механике" (Вильнюс, 1988 г.), республиканских конференциях и семинарах (Вильнюс, ВИСИ, 1987 г., Куйбышев, КуПСП, 1987 г., Вильнюс, ИПКСПХ при СМ ЛССР, 1989 г.), нашли отражение в Республиканских строительных нормах PCII 100-87, PCII 110-09 и проворены в экспериментальном строительство. Разработанная система мер по обеспечению нормируемой точности геометрических параметров монтажа отмечена в 1990 г. Серебряной медалью ЦДПХ СССР.

Под руководством автора в выполнении контрольных замеров геометрических параметров пршшмали участие к.т.н. Л.Двоскина, к.э.н. К.Мажейка, к.э.н. Б-Мольникас, инженеры Ю.Макаускене, Д.Пилено, в машинной обработке дашшх и расчетах конструкций на ЭВМ - инженеры'

А.Каволюнайте, Н.Шостакене.

Реферируемая диссертация посвящена изучению влияния точности геометрических параметров монтажа на начальную надежность элементов каркасов одноэтагашх производствешшх здшшй из сборных железобетонных конструкций. Основными объектами исследований были геометрические параметры точности монтажа, колонны и фундаменты.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов.

Структурно диссертация построена таким образом, чтобы на основе исследования действительной точности геометрических параметров монтажа выявить возможные изменения усилий в колоннах, в нагрузглх, передаваемых на фундаменты и основанио, оценить влияние на начальную надежность колонн и фундаментов, затем обосновать величины допускаемых отклонений, взаимоувязав с возможностями производства монтажных работ и начальной надежностью элементов.

Первая глава посвящена обзору исследований в области статических расчетов каркасов одноэтажных производствешшх зданий из сборных железобетонных конструкций, учета в проектировании точности геометрических параметров изготовления и монтажа, методов теории надежности в расчетах элементов каркасов из сборных железобетонных конструкций.

Условности статических расчетов каркасов одноэтажных производствешшх зданий являются следствием допущений, принимаемых в процессе проектирования, в целях упрощения расчетных выкладок. Однако, имеются результаты исследований, благодаря которым реально возможно осуществлять более точные расчеты, что пока в практике проектировашш используется недостаточно. Наиболее широко и полно вопросы действительной работы сборных железобетонных конструкций и узлов их сопряжения каркасов одноэтажных производственных зданий

исследованы под руководством В.Л.Клевцова. Большой вклад в исследованиях этой направленности внесен также В.II.Байковым, Г.Н.Еер-дичевским, Б.Ф.Васильевым, Р.А.Гершанком, А-Я.Глушапковнм, Я.Н. ГУревичем, Н.А.Маркаровым, Т.М.Пецольдом, Л Я.Розенблшом, Э.Е. Снгаловым, М.К.Синани, С.Г.Стронгшшм, Л. Б. Шил овил и др.

Совершенствование методов расчета каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций осуществляется по нескольким направлениям:

развиваются традиционные методы расчета каркасов как упругих, линейно деформируемых систем, при этом неупругие свойства материалов, продольный изгиб, длительность нагружения учитываются дополнительно;

совершенствуются методы расчета каркасов по деформированной схеме как упругих, нелинейно деформируемых систем с непосредственным учетом геометрической и физической нелинейности;

учет в расчетах каркасов податливости узлов сопряжения сбор-пых железобетонных конструкций, а также совместной работы с диском покрытия на вертикальные и горизонтальные воздействия.

Имеется ряд работ, посвященных исследованию изменчивости гео-метрическпх параметров сборных железобетонных конструкций 1сак при изготовлении, так и при монтаже. Это работы В.АЛОхевцова, М.Г.Ко-ревицкой, Г.Д.Костиной, А.С.Лычсва, Г.С.Митншса, Ю.Л.Сахарина, В.Б.Сно, Ю.В.Столбова, В.С.Сытпика и др. По изготовлению сборных железобетонных конструкций имеются данные и по конструкциям, при-менлемим в одноэтажных производственных зданиях, однако по монтажу такие данные были в основном для каркасов из стальных конструкций. Несмотря на тлеющиеся в отдельных работах рекомендации по учету изменчивости некоторых геометрических параметров (защитных слоев бетона, размеров сечений), в практике проектирования ото но учитн-

валось, а влияние на надежность считалось в большинстве случаев несущественным. Ото объясняется тем, что при этом имелись в виду прежде всего геометрические параметры размеров сечений элементов, а влияние точности геометрических параметров монтажа из-за отсутствия необходимых данных просто не обсуждалось. Отсутствие таких данных существенно затрудняло и поверочные расчеты при реконструкции действующих предприятий, так как не позволяло достоверно судить о распределении усилий в элементах каркаса.

Благодаря широкш исследованиям в области теории надежности за последние четыре десятилетия били разработаны методы оценки надежности строительных конструкций с учетом статистической природы внешних воздействии и сопротивлений конструкции (сооружений). Существенный вклад внесли исследования Б.В.Болотина, A.A.Гвоздева, И.И.Гольденблата, В.М.Келдыша, М.Б.Краковского, А.П.Кудзиса, A.C. Лычева, В.Н.Мастачешсо, В.Д.Райзера, А.Р.Ржаницына, Н.Н.Сюгаднева, Б.И.Снарскиса, К.Э.Таля и др. В начале игнорировался фактор времени, поэтому мокло было говорить о начальной надежности. В дальнейшем в работах D.D.Болотина и других авторов был использован более общий подход.

Обычно различают три уровня методов оценки надежности. Первому уровню соответствует подход, когда в методе предельных состояний используется полная система частных коэффициентов, а именно: коэффициент надежности по нагрузке ( ), коэффициент надежности по материалу ( ). коэффициент точности (Ja, ), коэффициент условий работы ( Jd ), коэффициент ответственности ( jn ). Степень достоверности оценки зависит от степени достоверности значений этих коэффициентов. Второй уровень - это, когда надежность проверяется только в определенной точке (точках) на границе облает) отказа и требуется знание лишь средних значений, стандартных откло-

нений и дисперсий сопротивлений и воздействий. При этом определяется так называемый индекс надежности (расстояние от центра рас-пределешм до грашщы области отказа). Трспш уровень яредггола-гает, что все неопределенности расчета содержатся в совместной плотности вероятности пространства исходных случайных величин, которая известна, а ото в практике строительного проектирования из-за недостатка исходных данных почти не имеет места.

В рамках рассматриваемых в диссертации вопросов особый интерес представляет коэффициент точности ^а , учитывающий возможные неблагоприятные отклонения значений геометрических характеристик. На этот коэффициент умножается нормативное значение геометрической характеристики для получения её расчетного значения.

Методы теории надежности содержали предложения по их применению в расчетах отдельных элементов каркасов из сборных железо-бетошшх конструкций, а именно, изгибаемых и внецентренио сжатых, однако изменчивость геометричсасих параметров не принималась во внимание. Не было исследовано и влияние точности геометрических паршлетров монтажа на начальную надежность гаоских рамных систем каргасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций.

На основании проведенного анализа в первой главе диссертации сформулированы задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию действительной точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных конструкций 1саркасов одноэтажных производственных зданий.

Уровень качества монтажа определяется посредством контрольных замеров геометрических параметров па 20-ти построенных либо строящихся объектах в разных городах Республики. Основные даннно об обследованных объектах дат! в 1-й таблице.

Основные данные об обследованных объектах

Таблица I

Шифр объ- 1 1* Шаг колони, м ¡Число пролетов ¡Тип стропильной ■¡Высота от

» вдоль здания 1 1 ¡пола до

екта iлиииуип| ¡здания 1 1 1 ! крайние ряды \ средтю j ряды |здания \здания|ции |пильной \ | | ¡конструк- г 1 1 ¡ции

I 10 6 _ I 10 балки 4,0

2 10 6 6 2 12 бачки 9,6

3 24 6 6 2 10 фермы 6,0

4 24 6 6 4 14 фермы 12,6

5 12 6 6 2 6 балки 6,0

6 24 6 12 2 12 и 6 фермы 12,6

7 18 6 12 5 20 и 10 балют 7,2

8 18 6 5 2 10 балки 6,0

9 24. 6 - I II формы 14,4

10 12, 10 6 6 5 12 балки 6,0

II 18 6 6 и 12 3 6 и 3 балки 6,0

12 18 6 12 0 12 и 6 формы 7,2

Кл1 12, 18 6 6 3 17 балки 3,8

К2 10 5 6 2 13 балки 4,8

КЗ 18 6 6 I 34 фермы 7,2 и 10,8

П4 10 6 6 2 7 фермы 7,2

П5 18 6 6 2 12 балки 4,8

1116 18 6 6 2 12 формы 6,0

Л7 12 6 6 4 5 балки 7,2

Ш8 10 0 6 I II балки 9,6

Отклонения положения колонн от разбнвочных оссй зданий, отмотки низа стропильных (подстропильных) конструкций и подкрановых балок, зазоры мезду их торца!,га, отклонешш колмш от вертикали, положенно стропильных (подстропильных) ферм, подкрановых балок па опорных площадках, длины площадок опираппя плит покрытия замерены с точностью ¿0,001 и, пролеты в свету - ¿0,005 м.

Результата наблюдений по определенному параметру конкретного объекта рассматривались б качестве выборки генеральной совокупности этого параметра по объекту в целом. При обработке дашшх об определенном параметре серии выборок по отдельным объекта:.! рассматривались как независимые частичные совокупности. Осуществлялись оценки соответствия действительных распределении нормальному, а также расховдешш между средними значенишли частичных совокупностей и объединенной выборки с помощью распределенная Стыодента. Частичные совокупности, для средних значений которых расхождение было значимым, и объединенную выборку не включались . Уровни значимости для двустороннего критерия принимались для вероятности 0,05.

Статистический анализ точности осуществлялся согласно требованиям ГОСТ 23615-79, 23616-79. Дополнительно в соответствии с Рекомендациями ВДШОМТП подсчитнвались коэффициент исполнения, коэффициент смещения и возможная доля брака. Характеристики точности определялись в соответствии с требованиями ГОСТ 21770-81, а оценка точности по классам производилась по ГОСТ 21779-82. Обработка дашшх методами математической статистики осуществлялась по специально разработанной программе на ЭВМ М5100.

На рис. I представлены многоугольники распределений точности геометрических параметров монтажа по объединенным выборкам, а также основные данные о статистиках этих распределешш.

Наиболее низкое качество монтажа зафиксировано по двум параметрам: отклонениям колонн от разбивочных осей в шшгем сечешш (1а) и отклонениям продольных осей стропильных конструкций от продольных осей опорных площадок (1г). Для них размахи, рассчитанные по опытным данным, превышают нормируемый допуск до 17 раз. Возможная доля брака по первому параметру в объединенной выборке дости-

ч I

90О-

7 оа

N=¡327 ¿Г— 5мм о^-ЩЯмм

-72 "ИГ

"-Г д 1

400-1

уоМ

|

I 1

300

су 2о -г 25мм?

Сд 'у/

•72 -¿у О

г

2У № 72 Л мм

Ч

400 -

ЗсШ

-/32 -¿<5 ' Ч?

N=6/? 5" =

$=¿01/ мм

/V

мм

Н-4Ю

5ММ]

^/66.

мм

Рис. I. Многоугольники распределений точности геометрических параметров монтажа по объединенным выборкам и их статистики для отклонений:

а) осей ксшонн от осей здания в нижнем сечении;

б) то же, .в верхнем ееченаи;

в) длин площадок опирания стропильных (подстропильных) конструкций от проектных значений;

г) продольных осей стропильных конструкций от осей опорных площадок.

П6 /£е V,

с

лгл?

гает 64$, а по второму - 73$. Очень низкое качество этих двух параметров расходится с результатами проведенных Л.Ф.Котловым исследований металлического каркаса, согласно которым наиболее низким качеством отл:гчастся параметр точности установки колонн в вертикальной плоскости. В наших исследованиях качество монтажа колонн по параметру отклонения от вертикали оказалось наиболее высоким. Отмеченное расходцешю объясняется спецификой производства монтажных работ.

Благодаря качественной установке колонн в вертикальной плоскости существенные по сравнению с требованиями норм отклонения колони от разбивочннх осей в шгжнем сечении не оказывают большого влияния на качество установки стропильных конструкций на опорные площадки. Значительные отклонения продольных осей стропильных конструкции от продольных осей опорных площадок объясняются неэффективностью применяемых в процессе монтажа методов контроля качества.

Обобщенный анализ геометрической точности монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных производственных зданий на основе объединенных выборок показывает, что па геометрическую точность установки колонн в верхнем сечении, а впоследствии и на длины площадок опирания стропильных конструкций решающее влияние оказывает точность установки колонн в нижнем сечении относительно разбивочннх осей здания. Существенное превышение допусков несоосности продольных осей стропильных конструкций и опорных площадок наряду с другими причинами является результатом некачественной установки стропильных конструкций в плане (гтропеллсрпость на исследованных объектах для ферм пролетом 24 м достигает 148 мм, для балок пролетом 18 м - 13С мм).

Значительные величины отклонений продольных осей стропильных конструкций от осей опорных площадок и разброс опытных данных по этому параметру дают основание утверждать, что вполне реальны случаи, когда дайны площадок опирания плпт покрытия недостаточны. Анализ позволяет предположить, что решающими для обеспечения надежного опиранш плит покрытия факторами являются геометртеская точность установки колонн в шикнем сечении, а также соблюдение соосности продольной оси стропильной конструкции и опорной площадки, так гак действительные отклонения положения разбшзочных осей от проектных незначительны.

Б целом осуществленные нами исследования подтвердили существенные расхождения практики ведения монтажных работ с требованиями нормативных документов в части соблюдения точности геометрических параметров. Это потребовало дополнительных исслсдова1шй по выявлению причин низкой точности геометрических параметров мопта-зка и влияния на начальную надежность элементов каркасов действительной точности геометротеских параметров монтажа.

Геометричеисая точность монтажа сборных железобетонных элементов зависит от применяемых его методов (свободный, ограниченно свободный, принудительный), способов контроля его качества (визуальный, геодезический, с помощью шаблонов), а также механизмов и инструментов (приспособлений), используемых для выверки и временного закрепления конструкций. Нормативное обеспечение геометрической точности регламентируется соответствующими документами (строительными нормами и правилами, государственными стандартами, рекомендациями, инструкциями, типовыми технологическими картами). Анализ требований нормативных документов к обеспечению геометрической точности монтажа сборных железобетонных элементов каркасов одноэтажных промышленных зданий выявил их несогласованность друг

с другом, что подробно обсуждено в диссертации.

В целях обеспечения точности геометричесглх параметров монтажа на основе проведенных исследований и при нашем участии били разработаны республиканские строительные нормы РСН 100-87, утвержденные Государственным строительным комитетом Литвы. В их основе лежит принципиально новый подход к организации и геодезическому обеспечению контроля качества монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных промышленных зданий, при этом основное внимание уделяется операционному контролю. \

При контроле, осуществляемой в процессе производства работ по значениям допускаемых отклонений для этой стадии, проверяются 14 параметров и результаты фиксируются на геодезических исполнительных схемах. По окончании монтажа каркаса в целом осуществляется приемочный контроль, при этом контролируются лишь три параметра (вертикальность колонн, длины площадок оппранил стропильных (подстропильных) конструкций и плит покрытия), проверяя но менее 10$ от общего числа элементов (узлов). Приемочному контролю подвергаются в основном те элементы (либо узлы), точность установки которых на стадии операционного контроля была ниже других или отклонения которых обнаруживаются визуально. Следовательно, если практика геодезического контроля точности геометрических параметров монтажа фактически фиксировала лишь конечный результат, почти не влияя на него, то подход, заложенный в ГСП 100-07, позволяет управлять точностью геометрических параметров, так как требует не только осуществления измерений в процессе производства работ, но и фиксации их результатов в исполнительной документации. Это создает реальные предпосылки к улучшению качества монтажа, что подтвердилось в процессе экспериментального строительства.

Начальная действительная точность геометрических параметров монтала, до внедрения ТСН 100-87, установлена нами либо уже на построениях объектах, либо на объектах, каркасы которых были почти полностью смонтированы. Следовательно, работы на них осуществлялись традиционными методами и наше влияние на результаты было полностью исключено.

Внедрение PCII 100-87 осуществлялось на трёх экспериментальных объектах, .для которых с ншпш участием были разработаны части проектов производства работ, касающиеся организации и геодезического обеспечения контроля качества монтажа каркасов. Это главный производственный корпус Шяуляйского кожевенного завода (здание многопролетное размером в плане 144x264 м с сеткой колонн 24x12 м, бсзраскосине стропильные фермы, высота от пола до 1шза стропильных конструкций 7,2 м), производственный корпус цеха металлоконструкций Министерства связи в Лонтварисе (двухпролетное здание размерами в плане 18x144 (-18x103 м с сеткой колонн 18x6 м, стропильные двускатные балки и безраскосные формы, высота от пола до низа стропильных конструкций 7,2 м), производственный корпус управления механизации J5 I в Паневежисе (трёхпролетиое здание размерами в плане 48xGO м с сеткой колонн 18x6 и 12x6 м, двускатные б ал ich, высота от пола до низа стропильных конструкций 9,6 м).

IIa основе накопленного на экспериментальных объектах опита с целью широкого внодрсшш ГСП нами был разработан макет геодезической части проекта производства работ для монтажа каркасов зданий рассматриваемого типа, содержащий технологические схемы выполнения гсодозичоских работ, составы работ, технологию их выполнения, технические средства, исходную и выходную документацию, а также формы журналов и требования по технике безопасности.

Методика сбора и машинной обработки накопленных данных по экспериментальным объектам била аналогична, примененной при исследовании начальной точности геометрических параметров. На рис. 2 представлены многоугольники распределений точности геометрических параметров монтажа ло объединенным выборкам для экспериментальных объектов, а также основные данные о статистиках этих распределений.

Сопоставление статистик распределения данных замеров начальной точности и замеров по экспериментальным объектам свидетельствует о высокой эффективности геодезического контроля качества согласно РСП 100-87, хотя возможные доли брага по некоторым параметрам еще довольно высоки. Основная причина этого заключалась в психологической неподготовленности исполнителен, их консервативном отношении к методам геодезического контроля, нежелании что-либо менять, что и сказалось на результатах на начальном этапе внедрения ГСП.

В ходе исследования технологических процессов и геодезического обеспечения контроля качества монтажа элементов каркасов выявились некоторые вопросы, требующие переосмысления и корректировки. До внедрения РСН 100-87 подрядные организации практически не производили обмеров геометрических размеров конструкции, не наносили меток (рисок) и, следовательно, соответствующие данные не могли учитываться при последующем монтаже. Выявилось также, что устоявшаяся технология монтажа колонн и строшиьных конструкций на них, а также геодезическое обеспечение этого процесса требуют изменений. Точность установки колонн и в нижнем, и в верхнем сечениях, а также установки стропильных (подстропильных) конструкций из плоскости поперечных рам регулировалась относительно разбивоч-ных осей здания. Если установи колонн в нижнем сечении относи-

а.1

о -

2,5 мм мм

■1(11.1» | — -2Й' -/«? -М 40 14 Мое

мм

£= 5мм ¿Со

' -¿I -7

л

£=20-25мм

1,99 мм

<;=//,/6 ■ну

р(~/Одмм

Д/= 3 79 £-=21-27мм $=■-12.Ум*

XV

Р^Мт

31 ^ \

ч/

I

«50

П.'

¡¡=2^25 240-7?

УА

Ои'ё-^т ко-//

щ™

-36 -;2 /2 3660 01

мм

е;

/

1

-//г -да -4а -/б /в лс мм мм м

Рис. 2. Многоугольники распределений точности

геометрических параметров монтажа экс- м перименталышх объектов по объединенным 00 выборкам и их статистики доя отклонений:

[\/=51/2! а) осеЭ стаканов фундаментов от осей здания;

^ б) осей колонн от осей здания в ниянем сечении;

^^ в) то же, в верхнем сечениа;

!, г) длин площадок оттирания стропильных конструкций " от проектных значений;

д) длин площадок «тирания плит покрытия от ' проектных значении;

Н- 55км е) продольных осей стропильных конструкций " от осей опорных площадок.

15 ¿5

Л

тельио разбивочних осей здашш частично оправдывает себя, то ии для верхнего сечения колонн, ни для продольных осей стропильных (подстропильных) конструкций та1сая привязка неприемлема, так как способствует накоплению неточностей монтажа. Б этой связи в новой редакции республиканских норм (FCII 110-89) точность установки колонн в верхнем сечении оценивается отклонением от вертикали, а продольная ось стропильной (подстропильной) конструкции - совмещением с осью опорной площадки. Оба параметра оказывают прямое влияние на несущую способность элементов каркаса, так как эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия на колонны и датее на фундаменты зависят непосредственно от них. Именно совмещение продольных осей стропильных (подстропильных) конструкций с разбпвочныыи осями здания в основном приводило к столь высокому значению возможной доли брака по этому параметру.

В ходе исследований также установлено, что, гак правило, игнорируется требование технологии монтажа изгибаемых элементов -их опирание на равные площадки. В результате вместо равных длин площадок опирания в ряде случаев наблюдается существенная их разница, выявлены случаи длин площадок опирания меньше минимально допустимых. Кроме того, из-за сдвижки соседних стропильных конструкций в разные стороны плиты покрытия не попадают на закладные детали и остаются неприваренними.

Так как дальнейшие исследования подтвердили, что точность параметров приемочного контроля по PCII 100-87 после временного закрепления практически не меняются, в новой редакции на стадии приемки оставлен лшиь один параметр, а тленно, вертикальность колоть Упрощено также оформление результатов геодезического контроля. В целом исследовшшя показали, что надлежащие подготошеа и организация работ по PCII 118-89 позволяют полностью исключить брак в рабо-

тах по монтажу картасов одноэтажных промышеншх зданий из сборных железобетонных конструкции.

Оценка экономической эффективности внедрения системы мер по обеспечению нормируемого уровня точности геометрических параметров монтажа осуществлена в соответствии с методическими рекомендациями, разработанными наш и согласованными с Министерством строительства Республшси. Они исходят из предпосылки о сокращении потерь от брака продукщш. При этом учитывается экономия материальных и трудовых ресурсов в процессе производства монтажных работ, но не принимаются во внимание эффект от долговечности зданий, а таете снижения эксплуатационных затрат. Обеспечение точности геометрических параметров монтажа сопровождается и социачышм эффектом, так как выполнение требований нормативных документов но производству монтажных работ и улучшению их качества способствует оздоровлению нравственного климата в коллективах строителей. Подтвержденный подрядными организациями экономический эффект от внедрения системы в 1987-1989 гг. составил около 90,0 тыс. рублей, несмотря на существенное снижение объемов промышленного строительства в Республике.

Третья глава посвящена исследованиям влияния точности геометрических параметров монтала на несущую способность элементов каркасов.

Анализ условностей расчетных схем в статических расчетах каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций выявил, что принятие соединения рих'слей поперечных рам с колоннами шарнирным является условным, так как в действительности эти узлы работают ¡сак упруго-податливые соединения, способные воспринимать и поперечную силу, и изгибаюций момент. Исследоватш пространственной работы каркасов выявили совместную

работу колонн и в продольном направлении. Таким образом, колонны каркасов зданий рассматриваемого типа из сборных железобетонных конструкций работают на косое внецентренное сжатие. С целью оценки влияния неточностей монтажа на усилия в колитах в диссертации подробно проанализированы методические подходы к расчету несущей способности косо внецентренно сжатых элементов, разработан графоаналитический метод расчета, существенно уменьшающий объем расчетов при проектировании и обладающий наглядностью результатов, позволяющий экономно осуществлять подбор сечений по известию.! усилиям, анализировать несущую способность сечений на возможные сочетания воздействий.

Методика расчета области допустимых парных значении эксцентриситетов приложения продольных сил в колоннах основана на следующих предпосылках. Несущая способность железобетонной колонии конкретной марки определяется рядом значении продольных сил и соответствующих им изгибающих моментов. Это происходит из-за наличия различных схем загружепия, что вызывает разные сочетания усилий в них и соответствующие напряженные состояния сечений колонн. • Упомянутое обстоятельство, а также неточное соответствие принятого армирования, полученному в результате расчета в процессе проектирования колонн, приводит к тому, что тому же проектному значению продольной силы могут соответствовать несколько значений её эксцентриситетов (изгибающих моментов), для разных форм сжатой зоны бетона. Осуществление соответствующих расчетов позволяет накопить необходимые массивы данных и, пользуясь терминологией, принятой в работах В.Б.Болотина, обозначить грашщы области допустимых состояний в пространстве качества.

Решая совместно условия прочности норм проектирования относительно эксцентриситета приложения продольной силы, получаем вы-

ражоние, из которого следует, что эксцентриситеты приложения продольной силы зависят от (формы сжатой зоны бетона, класса бетона,

армирования и напряжений в арматурных стержнях. Задаваясь для

*

конкретной марки колонны разными значениями высоты сжатой зоны бетона и угла наклона ограничивающей её линии с осью абсцисс, методом итерации находим значения продольных сил, близкие к искомым прооктпым зпачсштл, и соответствующие им эксцентриситеты в обеих плоскостях сишотрпи сечения колонн. Полученные значения эксцентриситетов соответствуют полной несущей способности колонн. В зависимости от рассматриваемой стадии существования колонны величины искомой продольной силы, а впоследствии и эксцентриситетов следует соогпстствсшю корректировать. Па рис. 3 представлен алгоритм расчета по данной методике, который реализован по специально разработанной програше на языке "БЭЙСИК" для ЭШ СЖ600. Были рассчитаны сечешш колони гаадраглой и прямоугольной форм размерами '30x30, 40x40, 50x50, 40x60, 50x60, 50x80 см. Каждая марка колонны на воздействие 0-=-10 значений условной проектной продольной силы рассчитывалась четыре раза, принимая характеристики для бетона по классам BIG, В20, Б25 и В30. Армирование сечений варьировалось от 4$16М1 до 4^25ЛШ для колонн квадратного сечешш и от 4^20Л111 до 4/32ЛШ в прямоугольных колоннах, условные npoeitTinie продольные силы соответственно от 300 до 3000 кН и от 1100 до 2500 кП. Дополнительно осуществлены расчеты колонн квадратного сечешш размерами 30x30, 40x40 и 50x50 см, исходные дшшые по которым приняты применительно к типовым колоннам по рабочим чертежам серии 1.423-3, а проектные значения продольных сил подбирались по материалам для проектировшшя этой ceprai по Ш ветровому и П снеговому районам па-грузок, что отпечает подавляющему большинству случаен характерным условиям Литвы.

Исходные данные: марка колонныV,

> с<21 > , Я3, Язе, «о, дЛ '

п________

Для новых значений к Для того же значения х прини- Расчет N и cono-

и значении ^ в задан- маются новые значения / через то I в заданных пределах и по- ставление с проектным зна-

ных пределах повто- нет нет чением

1 ряются шага 3-*6 т вторяются шаги 3—-6 РЯ б1

да

! Расчет Qox и Расчет €ix и Gy Расчет /7/и Мь

1 для найденных значе-

1 ний л- и

щ ГО Я °

Рис. ?>. Алгоритм расчета эксцентриситетов продольных сил в косо внецентренно сжатом железобетонном сечении

Анализ полученных результатов расчетов свидетельствует о том, что методика позволяет выявить границы допустимых парных значений эксцентриситетов продольных сил в колоннах. Углубленный анализ показал, что на основе результатов расчетов возможно решение и ряда других важных практических задач. Так, условие прочности косо внецентренно сжатого элемента можно существенно упростить, используя известный из векторного анализа подход для определения модуля вектора:

|ег| + еЪу

(I)

с учетом того, что Мх

/О _ ___

/V ' '■—<Л/' > получаем

А//ел/

(2)

Введя обозначение

_ ы ~ д. /?,

ле</,

(3)

по данным расчетов посредством регрессионного анализа найден вид зависимости = ^О^). Аппроксимация осуществлена мето-

дом наименьших квадратов. Лучшим приближением оказалась зависимость вида

где СЬ и @ - постоянные для данных размеров поперечного сечения, учитывающие некий масштабный эффект (векторы эксцеитриси-

тетов рассчитывались по значешшл, взятым относительно центров тяжести сечений).

Результаты расчетов на ЭШ свидетельствуют о том, что произведение величины продольной силы на значение вектора её эксцентриситетов (ф-ла 2) может быть некой характеристикой для оценки несущей способности сечения косо внецентрепно сжатого элемента. Дело в том, что при значениях до 0,454-0,55 это произведение для данного сечения колеблется в небольших пределах и с доверительной вероятностью не ниже 95$ может считаться постоянной величиной. При больших значениях СУ^ величины *~ох и воу получаются небольшими и обладают болыиш разбросом. Наиболее достоверными значения характеристики предельной несущей способности получаются при О^ в пределах 0,3-5-0,4. Анализ материалов для проектирования типовых колонн серии 1.423-3 свидетельствует о том, что для наиболее массово применяемых в Литве колонн высотой 6 и 7,2 м при максимальных проектных значениях продольных сил величина О/^/ колеблется в пределах 0,21-0,6.

На основании полученных результатов представляется весьма целесообразным наличие значений характеристик предельной несущей способности типовых колонн в материалах для проектирования, так как существешю упростит их подбор при проектировании конкретных зданий. По результатам статических расчетов рам по деформированной схеме достаточно по найденным значениям Мх и рассчитать правую часть выражения (2) и сопоставить результат с характеристикой предельной несущей способности. Знание характеристики полезно и при оценке несущей способности колонн 11а основе результатов обследовшшй, а также при анализе дефектных ситуаций, оценке качества монтажа сборных железобетонных конструкции ¡сарка-сов зданий.

Оценка влияния точности геометрических параметров монтажа на распределение усилий в колоннах осуществлена на основе вышеизложенной и разработанной методики расчета допустимых отклонений от проектных значений для эксцентриситетов продольных сил. При этом, неточность установки стропильных (подстропильных) конструкций на колошш и передача нагрузки от покрытий рассматривается 1сак передача дополнительных изгибающих моментов. Усилия расчитываются по расчетной схеме, когда коло1ша защемлена внизу, а наверху имеется горизонтальная шарнирная связь из:

А/а / , ,

/% — 0,06 со), ва= - 2Н

м

где с.-;- ~— , - изгибающие моменты, возникавшие из-за неточности монтажа, & - эквивалентная жесткость колонны, Мн -изгибающие моменты в шикнем сечении колонны.

Допустимое значение дополнительного изгибающего момента из-за неточностей монтажа при передаче нагрузок от покрытия на колонны можно определить из (5) таким образом. В материалах для проектирования типовых колонн тлеются расчетные усилия от действия поя-ной нагрузки. Откорректировав эти величины усилиями от ветра, навесных панелей стен и смещений в соответствующем сочетании, получаем расчетные усилия от передачи нагрузок покрытия в нижнем сечении колонны. Исходя из несущей способности колошш для того же проектного расчетного значения продольной силы из области допустимых сочетаний м, и Му выбирается пара значений, с соотношением равным либо весьма близким соответствующей паре значений проектных расчетных изгибающих моментов от полной нагрузил. Откорректировав и эту пару Му и Му тем же сочетанием усилий, что и

проектные, в результате получим усилил, которые, исходя из несущей способности колонны, она может воспринять от нагрузок покрытия. Разница между соответствующими значениями изгибающих моментов дает значения усилий и Мч^ , рассчитав по которым из (5) М&х и Мву > Л>ш Данной продольной силы можно получить допускаемые значения изменения эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия либо допускаемые отклонения геометрических параметров, влияющих на величины этих эксцентриситетов.

Изложенный методический подход реализован в диссертации для 46 марок колонн типовой серии 1.423-3 для усилий 111 района по ветру и П - по снегу, в результате чего для этих колонн получены допустимые отклонения от проектных значений по эксцентриситетам передачи нагрузок от покрытий. Результаты расчетов свидетельствовали о довольно большой "свободе" при осуществлении монтажа конструкций покрытий, исходя из несущей способности колони, для рассмотренных марок колонн и сочетаний усилий.

Полученные допустимые отклонения от проектных значений по эксцентриситетам передачи нагрузок от покрытий были сопоставлены с точностью геометрических параметров, влияющих на эти эксцентриситеты, зафиксированной при обследовании объектов. Исходными были следующие предпосылки. Монтаж элементов каркаса в точном соответствии с проектными геометрическими параметрами предположительно приводит к распределению усилий от проектных сочетаний нагрузок с проектными величинами начальных эксцентриситетов, полученными в результате статического расчета. Однако, в силу ряда причин, в том числе и из-за неточностей геометрических параметров монтажа, нормальные усилия в элементах каркасов в действительности передаются с эксцентриситетами, отличными от начальных. Разницу медцу действительными и проектными значениями эксцентриситетов условно

назовем дополнительными эксцентриситетами (на самом деле они могут как увеличиться, так и уменьшиться) из-за неточностей монтажа, а приближенно возможные их опытные изменения определим, анализируя геометрш узлов сопряжения элементов каркаса. Строго говоря, изменения величин эксцентриситетов из-за неточностей монтажа, следовало бы определять как и их начальные значения статическим расчетом каркаса )сак системы.

На основе анализа геометрических параметров узлов сопряжения стропильных конструкции с колоннами, в случае равенства смежных пролетов и нагрузок от покрытия душ колонн средних рядов зависимость максимальных приращений эксцентриситетов такова:

где А С{ и л с 2_ - отклонения соответственно в сторону увеличения и уменьшения длин площадок опирания от проектных значений, взятые со своими знаками. Из (6) следует, что сумма отклонений для двух конструкций, опирающихся на колонны средних рядов, по абсолютной величине не должна превышать шести допускаемых отклонении от проектных значений эксцентриситетов. Для колонн крайних рядов зависимость максимальных приращений эксцентриситетов имеет вид:

11а основе данных замеров длин площадок опирания стропильных и подстропильных конструкций на колонны, а также несоосностей их осей с осями опорных площадок по объектам, на которых применены колонны серии 1.423-3, выявлены случаи наибольших парных значений эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытий и сопоставлены с

?

(6)

з л О0

(?)

расчитанными допускаемыми отклонениями от проектных. На рис. 4 представлено это сопоставление, подтверждающее, что действительная точность геометрических параметров, определяющих эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия, не оказывает решающего влияния на несущую способность колонн, хотя и изменяет соотношешш

4

м. и /V,

■р ох

рр с

морка <м <г ¿г n ы 1 <г

КОЛОННЫ о ю <м "■ж: см о г-1 г4- 1 о уз ч> о-v см 1м о - сч) 1>-v

Рис. 4. Сопоставление опытных и расчитанных величин дополнительных эксцентриситетов передачи ширузок от покрытий на колонны

На основании проведенных исследований обоснованы допустимые минимальные значения длин площадок опирания для стропильных конструкций (форм, балок) 22 марок, существенно меньшие проектных.

Влияние точности геометрических параметров монтажа стропильных (подстропильных) конструкций на колоннах и установки самих колонн по нижнему сечению относительно осей стаканов фундаментов на несущую способность и деформации фундаментов и основания проявляется через изменение значений изгибающих моментов и поперечных сил. Для обеспечения начальной надежности фундаментов и оснований пределы изменения воздействий должны быть ограничены несущей способностью и трещиносгойкостыо фундаментов, а также не превышением

расчетных сопротивлений грунтов основания.

В общем виде оценить влияние неточностей монтажа конструкций каркаса на несущую способность и деформации фундаментов и основания невозможно, тате кале оно зависит от конкретных геометрических характеристик фундамента и нагрузок. В диссертации осуществлены расчеты по колоннам, .для которых получены максимальные эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия, что позволило получить максимальные опытные значения поперечных сил, передаваемых на фундаменты. Расчеты показали, что доля в процентах от проектных дополнительных усилий на уровне обреза фундаментов из-за неточностей монтажа стропильных конструкций и колош! для изгибающих моментов может достигнуть 47, а для поперечных сил - 70. Суммарное приращение давления в угловой точке по подошве фундамента при значении условного расчетного сопротивления грунта 0,3 МПа может достигать 12%.

В результате исследований для практики проектирования связе-енх конструктивных решений каркасов получены значения максимальных дополнительных эксцентриситетов, возникающих из-за неточностей монтажа, для случаев производства монтажных работ до и после внедрения РСН, а также значения дополнительных случайных эксцентриситетов с обеспеченностью 0,95, которые следует учитывать в соответствии с требованиями п. 1.21 СНиП 2.03.01-84 из-за возможного взашлнох'о смещения сборных железобетонных статически определимых элементов, подвержешшх действию сжимающей силы, при расчете по прочности. Когда монтажные работы ведутся традиционными методами, величины дополнительных случайных эксцентриситетов должны приниматься равными для колонн средних рядов = <=ау = 20 мм, для колонн крайних рядов - 35 мм, = 20 им, для фундаментов (2а =45 ш, но не менее 1а фактических значений. При

ведении монтажных работ с соблгодешюм разработанной системы мер по обеспечению точности геометрических параметров величины дополнительных случайных эксцентриситетов в обеих плоскостях симметрии принимаются равными для колонн - значения по п. 1.21 СНиЛ 2.03.01-84, для фундаментов - 20 мм, но не менее их действительных значений. До внедрения системы монтажа с обеспечением необходимой точности геометрических параметров целесообразно ограничить возможности превышения давления под подошвой фундамента в угловой точке величиной 1,3 ^ , а краевого давления величиной 1,1 К. .

При исследовании влияния неточностей монтажа на распределение усилий в колоннах решена задача по обеспечению устойчивости косо внецентренно сжатого железобетонного стержня для грашчных условий при защемлении внизу и шарнирном опирашш вверху. При этом неточности монтажа моделировались приложением продольной силы со случайным эксцентриситетом. Полученное решение свидетельствует о том, что выгиб внецентренно сжатого стержт с защемленным одним и шарнирно опертым другим концами прямо пропорционален начачьному эксцентриситету продольной силы и интенсивно возрастает при приближении её к критическому значению. Выражение дал максимального значения вектора эксцентриситетов продольной силы для косо внецентренно сжатого стержня, исходя из у.сювия обеспечения устойчивости, имеет вид:

ег --- _ л/- • (8)

В четвертой главе осуществлена оцешеа влияшш на начачьную надежность колонн и фу;даметоя. .кар!ш.с.ов: тгатаос*ш -гаам»тргтасшя?/

параметров мопта'ка. При этом использовано условие прочности (2), а в качестве мери надежности - характеристика безопасности по Р.Л.Ржаницнну.

Внешние воздействия в условии прочности (2) есть левая часть выражения, где случайной величиной считаем вектор эксцентриситетов приложения продольной сипы, а сама продольная сила - неслучайная величина. Математическое ожидание и дисперсия внешнего воздействия находились, пользуясь методом линеризации функции. Изменчивость сопротивления оценивалась, рассматривая правую часть выражения (2), при этом к изменчивым факторам отнесены прочностные характеристики материалов. Изменчивость внешних воздействии и сопротивлении оценивалась дважды: с учетом и без точности геометрических параметров монтажа. Б первом случае изменчивость условно названа действительной, во втором - проектной.

13 общей случае при расчете проектной изменчивости внешних воздействий следует учитывать кроме точности геометрических параметров монтажа изменчивость других геометрических параметров (размеров сечений элементов, расстояний мевду разбивочными осями здания и др.). На распределение усилий в элементах каркаса оказывает влияше и изменчивость прочностных характеристик материалов, неоднородность их распределения и деформативных свойств бетона в самих элементах по их дайне и между элементами. С целью получения замкнутого точного решети необходим учет всех изменчивых факторов. Используя метод статистических испытаний, варьируя изменчивостью отмеченных факторов, а также изменчивостью внешних воздействий возможно точное решение задачи, однако такой подход весьма трудоемок.

Математические ожидания проектных (начальных) эксцентриситетов приложения продольных сил в колоннах и мола!о

определить следующим образом. Варьируя значениями прочностных характеристик бетона и арматуры, можно выявить область допустимых состояний в пространстве качества парных значений эксцентриситетов для данных значений проектных усилий. Обработай полученный массив данных методами математической статистики, получаем /.тематические ожидания вектора эксцентриситетов, самих эксцентриситетов, а также их дисперсию и ковариацию.

Изменчивость внешние воздействий с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа определялась так. В случае статически определимой системы действительные эксцентриситеты продольных сил в колоннах равны начальным (проектным) величинам плюс дополнительные эксцентриситеты из-за неточностей монтажа. Тогда модуль вектора действительных эксцентриситетов продольной силы равен:

Iе г 1л ^(е^А^/-. (3)

Когда система статически неопределима, значения дополнительных эксцентриситетов вводятся в (9) соответственно рассматриваемой расчетной схеме. Математические ожидания действительного вектора эксцентриситетов определяем из (9), подставив математические ожидания начальных л дополнительных эксцентриситетов. При этом, в качестве математических ожиданий и принимались те

же значения, что и в случае определения проектной изменчивости вектора эксцентриситетов, а А £?ох и Л (Егиу - по данным 2-й таблицы, полученным в результате исследовашн! действительной точности геометрических параметров монтажа.

Дисперсия действительного модуля вектора эксцентриситетов онрадвяияаеву \ibpjf-' чдарипгг^рэйегягдгш»? до *жгем* арг^жнуж -^щже^ • - -

шш (9) и с учетом зависимости и

Таблица 2

Средине значения дополнительных эксцентриситетов и их средние квадратические отклонения (мм) для колонн от нагрузок покрытия в уровне обреза фундамента

Местонахождегаге ; Ло внедрения системы ¡После внедрения системы колонн в здании ; ¿д^, ¡6^,,;6^! Де^; ¡вла«! Одеу

кр. рядов 7,1 25,5 16,2 20 4,8 1,5 6,1 7,7

ср. рядов 3,9 25,5 16,7 20 2,6 1,5 4,2 7,7

Процедуру нахождения дисперсии действительного модуля вектора эксцентриситетов продольной силы можно существенно упростить, воспользовавшись закономерностями двумерного нормального распределения. Дело в том, что результаты расчетов областей допустимых состояний в пространстве качества свидетельствуют о том, что для

ЛУ л/

сечений прямоугольной формы совместное распределение €?0х и близко к эллипсу рассеивания, а для сечений квадратной формы - к кругу рассеивания. В этой связи в диссертации даны соответствующие методические подходы.

Закон распределения сопротивления колонны также можно определить, используя метод статистических испытаний, задавая различные парные сочетания и Rs.sc при известных законах их распре-

деления.

Математические ожидания сопротивлений определялись нами упрощенно, используя среднее значение , а одно из условий норм проектирования, заменив на:

- /?лсч * 6* 4 К * • (10)

Дисперсии сопротивлений определялись с учетом того, что прочностные характеристики бетона и арматуры некоррелированные случайные величины.

Условная проектная изменчивость сопротивления с учетом точности геометрических параметров монтата определялась, используя в условии прочности (2) значения изгибающих моментов, расчитан-нме с учетом выражения (9).

Зная изменчивость проектного сопротивления колонн и проектную изменчивость внешнего воздействия, а также условные проектную изменчивость сопротивления и внешнего воздействия с учетом точности геометрических параметров монтажа, можно определить соответствующие характеристики безопасности, а из их сопоставления -коэффициент точности монтажа :

у-, I +

I ' <ш

Расчеты по изложенной методике с учетом значений статистик дополнительных эксцентриситетов до внедрения РСН показали, что среднее значение коэффициента точности монтажа получилось равным ^сх = 1,256, при значении среднего кв эрратического отклонения

= 0,097 и коэффициенте изменчивости 1,1%. Такое значение коэффициента точности свидетельствует о существенном влиянии точности геометрических параметров монтажа стропильных конструедш! на надежность колонн. Это значение коэффициента точности следует использовать в практике проектирования статически неопределимых конструкций из сборных железобетонных элементов, умножая на него величину эксцентриситета продольной силы, полученного из статическо-

го расчета, и такт! образом выполнить требование п. 1.21 СШП 2.03.01-84.

Гасчеты с учетом математических ожиданий дополнительных эксцентриситетов после внедрения системы мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров показали, что среднее значение коэффициента точности монтажа при этом может быть принято равным единице.

Оценка обеспеченностей расчитанных допускаемых отклонений от проектных значений по эксцентриситетам для типовых колонн с учетом действительных распределений точности геометрических параметров, а также оценка обеспеченностей нормативных значений допускаемых отклонении по монтажу стропильных конструкций на колоннах показали, что для случайного вектора эксцентриситетов по распределениям до внедрения РСН, почти для всех расчитанных колонн обеспеченность низкая. Значительно влияние системы мер по обеспечению точности геометрических параметров монтажа на обеспеченность допускаемых отклонений дал эксцентриситетов, которая возросла в 2+10 раз по сравнению с первоначальной действительной точностью геометрических параметров. Существенен разброс в обеспеченностях для разных марок колонн. Низкая обеспеченность допускаемых отклонений и при этом надежная эксплуатация свидетельствуют о неполном использовании несущей способности колонн в натуре. Весьма низкой получилась обеспеченность предельных допускаемых отклонений на монтаж, регламентируемых СНиП 3.03.01-87, дата при сопоставлении с распределением точности геометрических параметров монтажа после внедрения РСИ (0,6035). Это свидетельствует о необходимости их корректировки.

Неточности монтажа стропильных конструкций и колонн оказывают влияние на значения изгибающих моментов в расчетных сечениях плит-

ной части фундаментов. Принимал, как и в случае оценки начачьной надежности колонн, что значения продольных сил по зависят от точности геометрических параметров монтажа, при оценке начальной надежности фундаментов расчеты па продавливаиие плитной части, а также на раскаливание стаканного фундамента по рассматривались.

Проектную изменчивость внешних воздействий можно определить статическим расчетом каркаса методом статистических испытаний, варьируя изменчивостью как прочностных свойств материалов элементов каркаса, так и геометрических параметров. Однако, такой подход не только трудоемок, но и пока но осуществим из-за того, что изменчивость нормируемых отклонении геометрических параметров монтажа неизвестна. Отсутствует в нормах информации об изменчивости значений допускаемых отклонений по точности установки стропильных конструкций на колонны, О'пиюиеиип оссп гнезд ста/санов фундаментов от разбивочных осей здания и установки колонн в гнезда фундаментов. Поэтому, определяя проектную изменчивость внешнего воздействия при оценке начальной надежности фундаментов, учтена изменчивость значений эксцентриситетов, подученных в результате статических расчетов каркасов и имеющихся в материалах для проектирования типовых колонн.

Изменчивость внешних воздействий с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа оценивалась, как и в колоннах, используя данные таблицы 3 по материалам 2-й главы. Несмотря на то, что нормированный методический подход проектирования фундаментов предусматривает оценку несущей способности в обеих плоскостях симметрии раздельно, оценку влияния неточностей монтажа на начальную надежность удобнее произвести интегрально, для чего применен прием, аналогичный рассмотренному вше в случае колонн. Математические ожидания и дисперсии внешнего воздействия, а также

сопротивления определялись, используя метод линеаризации функции.

Таблица 3

Средние значения дополнительных эксцентриситетов и их средние квадратические отклонения (ш) передачи вертикальных нагрузок на фундаменты

"г

Фунда- |

менты ¡-3-¡/р

колонн

До внедрения системы 1 _

оу ,

¡де0„ !€гАЛ..!'е:

^ I

Л Рс у { л с^

После внедрения системы

'Лвс

6л <

оу

кр. рядов

ср. рядов

16,4 14,8

27,2

Ог7 ')

(*> ( »

27,1 32 4,7 3,1 15,4 17 27,6 32 3,6 3,1 13,5 17

Среднее значение коэффициента точности монтажа для расчета фундамента получилось равным = 1,122 при среднем квэррати-

ческом отклонении (э^ = 0,072 и изменчшюсти \/ = 6,4/4. Дня практики проектирования до внедрения системы мер по обеспечению точности монтажа в диссертации рекомендовано принять значение коэффициента точности = 1,15 и умножать на него величины эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменты, полученные по усилиям из статического расчета в соответствии с п. 1.21 СПиП 2.03.01-84. После внедрения систеш мер по обеспечению нормируемого уровня точности, как и в случае колонн, коэффициент точности монтажа .для фундаментов можно принимать равным единице.

Оценка обеспеченности нормируемых предельных отклонений случайного вектора эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменты показала, что без внедрения системы мер по обеспечешио точности геометрических параметров монтажа она довольно низкая (О,5-Ю,8). При производстве работ в соответствии с ГСП обеспеченность высокая (0,97*0,999).

Ситуация, когда тлеет место массовое несоответствие действительных отклонений геометрических параметров монтажа требованиям нормативных документов, а обеспеченность возможных дополнительных эксцентриситетов, расчиташгых, исходя из условия полного использования несущей способности колонн, а также нормируемых предельных отклонений на монтаж конструкций каркаса мала, по при этом в большинстве случаев надежная эксплуатация зданий, является ненормальной.

Исследования показали, что наряду с необходимостью осуществления ряда мер по обеспечению точности геометрических параметров монтажа при производстве монтажных работ, требования нормативных документов в части назначения предельных допускаемых отклонений следует взаимоувязывать с надежностью работы элементов глркаса. Используя закономерности двумерного нормального распределения вероятности попадания случайной точки ( Qa>< , ) в ограниченную определенным образом область ira плоскости, в дпссертацшг для обеспеченностей 98,5$ и 96$ даны величины допускаемых отклонений геометрических параметров на монтаж элементов каркасов одноэтажных производственных здашгй из сборных железобетонных конструкций. При этом приемочные уровни дефектности в Т,5% и приняты в соответствии с требовашиши ГОСТ 2361G-79. D первом едучас нарушение требований является критическим дефектом, во втором -значительным дефектом. Для основных цехов промышленных предприятий принята более высокая обеспеченность величин допускаемых отклонений, а для других производственных зданий (ремонтно-вспомога-телыше цеха, склады готовой продукции и оборудования и т.п.) -более низкая.

Анализ действительных распределений геометрических параметров установки стропильных конструкций на колонны показал, что они

близки к эллипсу расссивашш, а монтажа самих колонн - к кругу рассеивания. Поэтому при назначении допускаемых отклонешш на монтаж и были использовали соответствущие зависимости. Логарифмируя выражения вероятностей попадания случайной точки ( ,

Л/ "

) в эллипс или круг рассеивания, получим следующие выражения:

к = , (12)

Г

Задаваясь требуемой вероятностью ( Р ) попадания случайной точки в эллипс или круг, можно из (12) и (13) определить коэффициент пропорциональности полуосей средним квадратичеекпм отклонения!,1 эллипса рассеивания ( к) и радиус круга рассеивания ( Г ). Ве-личгага предельных допускаемых отклонений, которые впоследствии следует учитывать на стадии производства работ определены затем, используя действительные значения средних квадратических отклонений (по данным 2-й главы и табл. 2 и 3). Рекомендуемые величины для нормируемых продельных отклонении, геометрических параметров, влияющих на надежность колонн и фундаментов приведены в таблице 4.

Анализ условной начальной надежности плоских каркасных систем, когда изменчивость воздеиствшг учитывает лишь точность геометрических параметров монтажа, а изменчивыми паргшетрами сопротивлений являются лишь прочностные характеристики материалов выявил, что расчетными основными механизмам разрушения следует считать образование шарниров в колоннах. Система рассматривается как составленная из параллельно соединенных элементов и влияние точности монтажа на надежность с ростом числа пролетов уменьшается. В

Таблица 4

Рекомендуемые велэтпны для предельных отклонений от совыеи1ения ориентиров при монтаже алементов каркаса

Параметры Предельные отклонения (мм) при обеспеченности значений эксцентриситетов передачи нагрузок до и после внедрения системы мер по обеспече-што требуемой точности

0.085 1 0.96

ДО | 1 после | 1 до после

Отклонения от совмещения установочных ориентиров стаканов фундаментов с рисками разбивочных осей 31 20 30 18

Отклонения от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей) в шикнем сечешш колонн с ориентирами (рисками геометрических осей) гнезд стаканов фундаментов 31 14 30 _ 10

Отклонешш осей колонн в верхнем сечении от вертикали 10 5 8 5

Отклонения от симметричности (половина разности глубины отгранил концов элемента на колонны средних рядов) при установке стропильных (подстропильных) ферм в направлении перекрываемого пролета 40 20 30 15

Отклонения от совмещения продольных осей стропильных (подстропильных) ферм с осями опорных площадок 10 5 10 5

диссертации обсуждена возможность оценю! условной начальной надежности пространственной системы, рассматривая плоские раш в ячестве элементов, объединенных в систему параллельно. В общем случае рассмотрены два подхода. Когда опредоляыцшл является механизм разрушения с образованием пластических шарниров в ригелях, надежность системы вычисляется, оценивая сначала вероятность неразрушения кавдой плоской рамы, которые впоследствии рассматриваются ¡сак са-

мостоятелыше элементы, соединенные параллельно в систему. То есть оценка условной начальной надежности в таком случае осуществима как для параллельно-последовательно соединенных элементов.

Когда расчетными являются механизмы разрушения с образованием пластических шарниров в стоиках, известные подходы в оценке надежности параллельно-последовательно и последовательно-параллельно соединенных элементов не отвечают механизму работы пространственной системы. В таком случае следует рассматривать параллельно-параллельное соединение элементов в систему. Надежность такой системы определяется сначала для плоских рамных систем как для параллельно соединенных элементов, а затем для пространственного каркаса, объединенного в систему параллельно соединенных плоских рам. При этом, необходим учет специфики обеспечения пространственной работы системы, которая влияет на трактовку зависимости либо независимости случайных событий наступления отказов.

На основе анализа простейшей модели "нагружение-соггротивлс-ние" в диссертации показана важность учета взаимозависимости сопротивления и внешних воздействий. При величине коэффициента корреляции, когда считается, что связи практически нет, неучет взаимозависимости и С? может привести к занижению оценки надежности более чем иа 10%, а при наличии слабой связи - до 30%.

ОСНОПШЛЗ ВЫВОДЫ

I. Ла основе 12642 контрольных замеров впервые получена исчерпывающая информация о действительной точности геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производствешшх зданий из сборных железобетонных конструкций, которая оказалась существенно ниже нормируемой. Выявлены низкая обеспеченность нормируемых значений допускаемых отклонений, законы распределений допет-

вителышх отклонений, причини низкого качества геометрических параметров монтажа.

2. Проанализировано влияние точности геометрических параметров монтажа на оценку начальной надежности колонн и фундаментов. На основании проделанной работы показано, что нормированные требования по точности геометрических параметров монтажа но обоснованы ни с точки зрения их выполнимости, ни с точки зрения влияния на надежность элементов каркаса.

3. Проектирование каркасов одноэтажных производственных зданий осуществлялось без учета точности монтажа. Для разработки механизма учета точности в диссертации решена группа расчетнп::-и теоретических задач:

- разработаны методика расчета области допустга.тпх парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в косо внецент-ренно сжатых колоннах, исходя из их несущей способности, алгоритм и программа по её реализации на 2Ш и для ряда типовых колош эти области обозначены численно; "-*

- выявлено влияние точности монтажа конструкций покрытий на распределение усилий в колоннах;

- дана методика расчета опытных величин дополнительных эксцентриситетов продольных сил в колоннах, возникающих из-за неточностей монтажа, определены их максимальные значения отдельно для колонн крайних и средних рядов в обеих плоскостях симметрии сечения;

- выявлено влияние неточностей монтажа на нагрузки, передаваемые на фундаменты, на величины давлений на оснолашхе и установлены возможные пределы изменений значений эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменты и основания с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа;

- разработала методика оценки несущей способности косо ше-цонтренпо сжатого сечения посредством характеристики предельной несущей способности, дани алгоритм расчета на ЭВМ и её значения, получении© для вариантов классов бетонов и армирования, "накрывающих" подавляющее большинство типовых колонн квадратной и прямоугольной форм сечений;

- для практики проектирования колонн и фундаментов в диссертации даны конкретные рекомендации по учету точности геометрических параметров монтажа. В случае статически определимых систем приведены величины дополнительных случайных эксцентриситетов, а для случаев статически неопределимых рам - значения коэффициентов точности монтажа, посредством которых в соответствии с требованиями п. 1.21 СЛиП Я.03.01-84 следует учитывать возможное взаимное смешение сборных элементов, подверженных действию сжимающей силы, при расчете по прочности;

- разработана методика расчета допускаемых значений дополнительных к проектным эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия на колонны и для ряда типовых колони получены их численные значения.

4. В результате проведенных исследований установлено, что существующая в соответствии с нормативными требованиями практика организации и ведения геодезического обеспечения монтажных работ способствует накоплению неточностей монтажа по ряду геометрических параметров. Разработанная система мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров монтажа, нашедшая отраженно в республиканских строительных нормах, апробированная на экспериментальных объектах, оказалась эффективной, а ведение работ в соответствии с еб требованиями позволяет достичь нормируемый уровень точности геометрических параметров.

5. Разработана методика назначения допускаемых отклонении и дани величины предельных отклонений от совмещения ориентиров прй монтаже элементов каркасов по геомсгрпчосгснм параметра;.! для обе-споченностей 0.9G и 0,985.

6. В диссертации отражены таюке и некоторые частные задач», имеющие непосредственное отношение к рассматриваемым проблемам:

- дан 1рафо-аналитическпй метод расчета косо внецентренно сжатого сечения;

- решена задача по обеспечению устойчивости косо внецентрсн-но сжатого железобетонного стержня;

- осуществлена оценка влияния стохастической взага.юзависшо-сти воздействий и сопротивлений на оценку начальной надежности;

- разработаны предложения по оценке влияния на начальную надежность каркаса как плоской рамной системы точности геометрических параметров монтажа.

7. Результаты исследований применимы но только при проектировании и строительстве новых одноэтажных производственных-клркас-ных зданий из сборных железобетонных конструкций, но и ддя поверочных расчетов при проектировании и осуществлении работ по реконструкции действующих предприятий, а также оценке данных обследований.

8. Результаты исследований получили практическое внедрение при разработке нормативных документов, в учебной литературе, в экспериментальном проектировании и строительстве.

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Парасонис И.И., Двоскина Л.Г. Нормативное обеспечение геометрической точности монтажа каркасов одноэтажных промзданий

/ Строительство п архитектура. Сор. 13. Технология СМР. Экспресс-информация // ВШПШС Госстроя СССР. - М., 1905. - Вин. 6. - С. Н-ТЛ.

2. Парасонис П.И., Дроскнна Л.Г., Мельншсас Б.И. Действительная гсомптрююскля точность монтажа каркасов одноэтажных промзданий // Тоз. докл. / - Рига, 1986. - Опыт и проблемы повышения качества продукции в машиностроении. - С. 56-50.

3. Парасонис 11.11. Анализ качества монтажа конструкций каркасов одноэтажных промышленных здании /Сб. тр./ 1П1ИЯВ. - М., 1906. -Исследования влияния качества изготовления, монтажа и эксплуатации желозобетонннх конструкций на их несущую способность. -С. 40-47.

4. Парасонис 11.11., Дпоскнна Л. Г. Исследования действительных эксцентриситетов продольных сил в колоннах одноэтажных промзданий // Тез. докл. / - Вильнюс, 1907. - Резервы совершенствования рациональных местных строительных материалов, конструкций и оснований в строительстве. - С. 22-23.

[5. Указания по обеспечению точности геометрических параметров конструкций каркаса при монтаже одноэтажных производственных зданий. РСН 100-87 / Госстрой Лит.ССР. - Вильнюс: 1Ъсстрой ЛССР, 1907. - 40 с.

Б. Парасонис 11.11. Прогноз несущей способности железобетонных колонн на основе данных о фактическом качестве монтажа // Тел. докл. / - Вильнюс, Т.П07. - Качество железобетона и его метрологическое обеспеченно. - С. 14-15.

7. 1!апн1ис А.П., Парасонис 11.11., Клевцов В.Л. Обеспечение точности геометрических параметров монтажа конструкций одноэтажных 1саркг сов промзданнп / Промышленное строительство. - 1980. - 15 5. -С. 37-30.

0. Парасонис 11.11. Оцопгл надежности работы колонн одноэтажных промышленных зиянии // Тез. докл. / - Вильнюс, 1900. - Проблемы оптимизации п надежности в строительной механике. - С. 61-62.

9. Парасонис И.И. Эксцентриситеты продольных сип в колоннах /Материалы постоянного семинара. Проектирование и расчет строительных конструкций // Ленинградский дом НТН. - Л., 1980. -С. 41-48.

10. Методические рекомендации по расчету экономического эофзкта от обеспечения точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноотаянпх промышленных зданий. - Вильнюс: Минвуз Лит. ССР, 1988. - 13 с.

11. Парасонис И.И. Обеспечение надежности работы колонн одноэтажных промышленных зданий / Материалы семинара. Диагностика, обследование и оценка качества конструкций и систем промышленных и гражданских объектов при проектировании, реконструкции

и эксплуатации // Ленинградский дом ПТП. - Л., 1989. - С.29-33.

12. Парасонис И.И. Совершенствование оргащгеацип контроля качества монтажных работ в строительстве // Тез. докл. / - Вильнюс,

1989. - Пути развития социально-экономического и научно-технического прогресса союзной республики. - Часть 3. - С. 65-68.

13. Парасонис II.И. Система обеспечения точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных констругацш одноэтажных производственных зданий / Пристепдовнй информационный листок на ВДНХ СССР. - Вильнюс, 1909. - 2 с.

14. Парасонис II.И. Назначение допускаемых отклонений на монтаж колонн по нижнему сечению при проектировании здании / Материалы постоянного семинара. Проектирование и расчет строительных конструкций // Леиинх'радскии дом ПТП. - Л., 1909. - С. 71-76.

15. Парасонис И.И. Прямой метод расчета нормальных сечений железобетонных элементов по общему случаю на косое ппецептренное сжатие / Материалы постоянного семинара. Проектирование и расчет строительных конструкций // Ленинградский дом ПТП. - Л.,

1990. - С. 78-97.

16. Парасонис И.И. Обеспечение точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных конструкций. - Вильнюс: Литовская Академия Управления, 1991. - 188 с.

Парасонис II.И. Характеристика предельной несущей способности косо внецентренно сжатого железобетонного элемента / Материалы

постоянного семинара. Перспективы развития строительных конструкции // JIJO ГШ. - Санкт-Петербург, 1991. - С. 34-45.

18. Tnragonis J. Laiknncitijii atatybiniij konntrukciáii patikimwiaa ir naujauari Jt{ Jcokybés kontroléa raetodai / Mokymo priemotié.

- Vilniuo, lOsTI, 1986 - 55p.

19. Tarasonia J., Elenbergas V. Geometrinia montavimo tlkalumna /Statyba ir architektüra. - 1990 - Иг.2 - р.10-11.

20. Vionanuksci4 grmybiniii paatatij кагкаац montavimo geometriniii parametri{ tikglumo uztikrinimo nurodymai. Л5В118-89/Ыetuvoa valatybinia otatyboa komitetna. - Vilniuo, 1990 - 32p.

21. Parasonis J. Viennnukflciii garnybitiin paatatij кагкавц montavimo geometrinlu parametrij tikalumo uztikrinimao/ Metodinéa relto-mondncijoo. - Vilnius, LOSTI, 1990. - 35p.

2 CT

_ —y