автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология экспедиционно-блочного монтажа полносборных производственных зданий из легких металлических конструкций

КИЕВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ -ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

<> . ' На правах рукописи

ХРЕЙКИ Жозеф Ибрагим

ТЕХНОЛОГИЯ ЗКСПЕДИЦИОННО-БЛОДНОГО МОНТАЖА ПОЛНОСБОРНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ^ КОНСТРУКЦИЙ

I $ - " < \ ^ •

(

05.23.08— ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО, / , И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

"" I

КИЕВ 1991

/

' /

Работа йшшляека в Киевском ордена Трудового Красного Знамени инже'нерно-етроителькбм инртигуте^ / ' ^

к .

Научные' руководители Официальные оппоненты

/V

I

доктор технических наук, црофессор

,0.0. ЛИТВИНОВ

Ведущая организация

кандидат технических наук, етартай научный-Ьотрудник П.П. -ФЕДОРЕНКО

доктор технических, наук, 'профессор ' В.И. ТОРКАИЖ>

кандидат технических наук, доцент,. Ю.А.'ТАРАНОВ ■

- . • ^'г: -У - ' Укрспецмонтазцроект Государотвен-

■ ной корпорация Унрмонтажс пецс троя

Защта состоится % г. в /-5" часов

на заседании! специализированного совета К 068.05.12 при . Киевском ордана Трудового Красного Знамени инженерно-отрои- 1 тельном институте по адресу: 212037, Киев-37, Воздухофлотсгаф проспект, 31!. '/ •' • :

С диссертацией можно ознакомиться''в библиотеке института.

, Автореферат разоЬлан " 0& » 1991 г.. • .

Ученый секретарь специализированного ровета .кандидат технических наук

доцеи?

' (

'Н.А. ШЕБЕК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными направлениями экономического и социального развитая СССР на период до 2000 года и основной задачей капитального строительства является повышение эффективности строительного производства за счет дальнейшей индустриализации и в превращении его в единый промышленно-строительный процесс возведения зданий и сооружений из сборных элементов заводского изготовления, особенно повышенной или полной заводской готовности.

Одним из основных путей повышения уровня индустриализации строительства является применение легких металлических конструкций (ЛМК). Суммарная трудоемкость изготовления и монтажа зданий из ЛМК на 18-33 % ниже, чем зданий из традиционных железобетонных конструкций, а продолжительность монтака за счет больших возможностей совмещения работ на 25-40 % меньше. Предусмотрено увеличить объемы производства и применения в строительстве зданий из ЛМК комплектной поставки, доведя их выпуск в 1995 году до 25 мяк. м^ и в 2000 году - до 35-40 млн. иг общей площади зданий в год.

Монтаж ЛМК производственных зданий укрупненными на земле блоками (блоки покрытия, стеновые картины, блоки подкрановых балок, блоки встроенных помещений и др.) позволяет эффективнее использовать мобильные щ>аны повышенной и высокой грузоподъемности, снизить объем верхолазных работ и повысить производительность труда. Растущая оснащенность монтажных организаций мобильными вранами потребовала исследования и разработки метода экспедиционно-блочного монтажа.

Сущность метода заключается в слудеющем. На специально оборудованной площадке укрушштедьной сборки на стендах укрупняют ЛМК и собирают комплексные блоки полной монтажной и строительной готовности с помощью легких автомобильных кранов до прибытия на объект одного или двух мобильных монтажных вранов, которые осуществляют их скоростной монтаж, работая в две смены.

Особенность этого метода состоит в использовании мобильных монтажных кранов типа "Январец-Бумар", "Днепр-Бумар", "Либхер", "Като", "Тадано", "Крандюд" и др. на 3...5 и более объектах

с их кратковременным пребыванием (экспедицией) ка каждом объекте для монтажа только крупных блоков (блоков покрытия, становых картин, блоков подкрановых балок, блоков встрое-чных помещений и др.). Интенсивность монтажа при подготовленном фронте работ может составить 3...4 блока в смену и 6...8 блоков в день. После выполнения работ на данном объекте, вран переезкает на другой объект с обязательным ьозвращением ка первый объект через определенное время только при наличии очередной партии блоков, затем процесс повторяется.

Целью работы является повышение эффективности эксаедавдон-ко-блочного монтажа одноэтажных производственных зданий из ЛМК. Для достижения поставленной цели необходимо решать следующие основные задачи:

- Выбор оптимального типоразмера монтажных бло/ов лз легких металлических конструкций;

- Расчет и выбор оптимальных параметров экспедаадюнно-блочного монтажа;

- Выбор оптимального маршрута движения мобильных монтажных кранов;

- Построение оптимального расписания экспедивдонно-блочного монтажа;

- Определение области рационального применения экспедиш-онно-блочного монтажа.

Научная новизна работы. С использованием математического программирования разработаны методы расчета оптимальных сргал;:-зационно-технологических параметров экспедоционно-блочного монтажа. Разработан метод построения оптимального расписания монтажа групп объектов. Выявлена область рационального применения экспедиционно-блочного монтажа ЛМК.

Практическая ценность работы состоит в разработке практических рекомендаций по экснедяционно-блочному монтажу ЛМК одноэтажных производственных зданий.

Методы исследования. Проведенные исследования выполнены с помощью следующих методов:

- линейное программирование;

- нелинейное программирование;

- дискретное программирование;

- эвристическое программирование.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях и вошли в один методический документ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и 6 приложений. Работа содержит 142 страниц машинописного текста, включая 23 рисунков и 19 таблиц.

содармшъ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой работы, сформулированы щель и задачи.

В работе приводится анализ конструктивных решений производственных зданий из ЛМК в СССР и за рубежом.

Научные изыскания по совершенствованию конструктивных решений ведутся в ЦНИШроектстальконструкоди Госстроя СССР, ЦНИИСК ж. Кучеренко Госстроя СССР, УкрНИИПроектстальконструк-вди, ВШМпромстальконструкщи Минмонтажспецстроя СССР, НИЖЖ Госстроя УССР, НИИСП Госстроя УССР и других исследовательских коллективах.

В результате этой работы выявлены рациональные объемно-планирсвочные и конструктивные решения, позволяющие снизить затраты на монтаж зданий и сооружений на 20-30 %.

Среди общих тенденций, выявленных при анализе различных конструктивных решений производственных зданий из ЛМК, следует выделить следующие:

1. С развитием крупноблочного монтажа совершенствование конструктивных схем шло в направлении снижения числа стыков между соседними блока?® и снижением числа элементов в одном блоке.

2. В связи с необходимостью создания гибких технологических производственных процессов объемно-планировочные и конструктивные схемы зданий разрабатываются из условия максимального использования внутрицехового пространства для нужд производства. Практически это условие обеспечивается путем увеличения размеров сегки колонн.

Приводится анализ существующих методов монтажа легких металлических конструкций. Выполнен обзор печатных и научно-исследовательских работ.

з

Совершенствованию крупноблочного монтажа производственных зданий и повышению его эффективности посвящены ряд работ научных коллективов и отдельных исследований. Все многообразие решенных задач можно объединить з несколько групп.

Б.П. Селянин, К.А. Огай, В.Г. Сергеев, П.П. Федоренко, М.Д. Спектор, С.Й. Шахда и коллективы шли возглавляемые, определили экономически эффективную область применения крупноблочного монтажа понрытий с предварительной сборкой блоков на конвейерной лиши. При этом установлено, что при соблюдении сроков договоров поставок и высокой организационно-технической подготовки производства крупноблочный монтаж и конвейерная сборка оцрав-даны при площади покрытия 10 тыс. м^.

П.П. Федоренко, К.А. Огай, В.Г. Сергеев, Ю.В. Лазаренко, С.И. Шахда разработали ряд методик по расчету рациональных параметров крупноблочного монтажа при конвейерной сборке блоков

П01фЫТИЯ.

И.Я. Шемонаев, В.Г. Сергеев, П.П. Федоренко, В.З. Манери-чев и другие разработали условия для сборки блоков покрытия с малотрудоемкими стыками и узлами сопряжения конструкций.

Приведена практика применения и эффективность экспедиционно-блочного монтажа ДМК. В-отличие от конвейерно-блочного монтажа, при котором краны грузоподъемностью 50...ТОО т загружены на 50 экспедиционно-блочный монтаж обеспечивает более высокую интенсивность, загрузку механизмов, значительную выработку 1фа-нов, уменьшение на стройплощадке количества машин и численности обслуживающего персонала, экономию денежных затрат и энергоресурсов. Продолжительность пребывания мобильных монтажных кранов в пролетах здания сокращается в 5...8 раз, что улучшает условия дая возведения подземной части здания.

На стадии проектирования встает задача выбора типоразмера блоков покрытия стен, перегородок, эстакад, галерей и других объемно-конструктивных блоков различных зданий и сооружений.

Для нахождения оптимального типоразмера блоков воспользуемся методом линейного программирования. Задача состоит в отыскании значений п переменных х( , ..., л п , доставляющих

экстремум функции ц = 11 С| XI при условии

3 >1 11 1

Qiä3c2+ - - - + ü1nxn< b,

где С] - экономические характеристики переменной xj ; amn - ресурсные характеристики переменной Xj ; bm - ресурсные ограничения.

Ресурсными ограничениями являются: расход металла, трудозатраты на сборку и трудозатраты на монтаж блоков на объекте.

Необходимо отметить специфику крупноблочного монтажа, которая не позволяет производите одновременно монтаж различных типоразмеров блоков, гак как это привело бы к замене монтажных кранов и монтажной оснастки по ходу монтажа, что нетехнологично. Поэтому в задаче присутствуют ограничения в области допустимых решений:

xt={OtKi>, ж11={0>К2},...,хп={0,Кп}

где Kj - количество блоков j -го типоразмера; j = I, п .

На рис. I представлена блок-схема алгоритма выбора оптимального типоразмера монтажных блоков из ЛМК.

Разработаны конструктивно-компоновочные решения блока покрытия для скатных кровель из трехслойных кровельных панелей типа "сэндвич". Компоновка блока обеспечивает удобство его укрупнения и монтажа как поэлементным, так и блочным методами. В блоке применяется минимальное количество сборочных единиц и типоразмеров, а также обеспечивается возможность монтажа с профнастилом и без него, а также без громоздких монтажных траверс, поддерживающих балок и других приспособлений.

Для повышения эффективности экспеднционяо-блочного монтажа исследована задача поиска оптимальных параметров о применением метода множителей Лагранжа. На математическом языке задача состоит в нахождении оптимальных параметров X* , X* , X* , при которых функция | достигает глобального минимума

С2ос2ха+ Сэхэ->- min (I)

1 Ввод исходных данных

1. Расход металла на один блок j-го типа; ]= I,..., п ,т.

2. Стоимость I т металлоконстаукций, руб.

3. Затраты труда на укруташтельнта сборку блока 1-го типа. . 4. Затраты труда на монтаж блока i-го типа в проектное

полоне нив, чел. -смет. 5. Комплект и вид моктазкных коанов и их стоимостные характеристики, руб.

Г

2 Расчет Cj стоимостных параметров сборки и монтажа блоков

j-ro типа; j = I, ..., п .

3 Составление целевой функции y = ¿CjXj min ,

где Gj - стоимостные параметры для блока i-го типа; Xj - количество блоно':, j-rо тлпоразмера.

4 Формирование .'¿шейных неравенств í\Xj"¿b , где А - матрица ресурсных коэффициентов; b - матраца ресурсных ограничений.

JL

5 Построение системы линейных уравнений.

Решение полученной системы классическими методами линейного программирования

Формирование базисных решений

8 Изменение технологически допустимых ограничений (матрица.-- b ) в том или-ином уравнении системы

7 Проверка:

система уравнении разрешима:

Да

Нет

9 Получаем оптимальное решение, выбранный типоразмер блоков соответствует минимальным затратам 10 Определение эффективности одшмшзацки

(к о н е ц^)

Рис. I. Блок-схема алгоритма выбора оптимального типоразмера монтажных блоков из легких металлических конструкций

где ^ - затраты на производство монтажных работ по изменяемым параметрам, руб.; х., - вместимость накопителя, мест;

Хг - продолжительность экспедиции крана, дни; хэ - количество экспедиций на объект; С] - стоимость устройства I места в накопителе, руб.; С2 - стоимость маиино-дня крана, руб.;

С3 - стоимость перегона крана на объект (туда и обратно),руб.

Из условий задачи можно записать следующие равенства:

где N - количество блоков на объекте, шт.;

I - теш монтажа блоков, шт. в день.

Локальный экстремум функции f находим из решения системы из пяти уравнений с неизвестными х1 , х4 , Х3 и множителями Лагранжа А, и .

Суть метода множителей Лагранжа заключается именно в отыскании решений системы уравнений с последующей проверкой достаточных условий экстремума во всех найденных точках х® ,

, Х3 в сравнении получаемых результатов и выборе наилучшего из них, чем и определяется глобально оптимальные X* ,

Решив эту систему, мы получили следующие выражения для расчета условно-оптимальных параметров, при которых целевая функция | достигает локального экстремума: продолжительность экспедиции крана, дни

(2)

(3)

Х^ , Х3

(4)

вместимость накопителя утфупненных блоков, мест

количество экспедиций на объект N

та

а§= )дУ ^ (6)

С,

Расчетные выражения для параметров экспедиционно-блочного монтажа являются условно-оптимальными, по которым проводят дальнейшие исследования и поиск глобального экстремума целевой функции. Для этого найденным параметрам , ос!) , Хд задаются значения, немного превышающие или меньшие условно-оптимальных и находят глобальный экстремум функции.

Исследована задача выбора оптимального маршрута мобильных кранов с использованием метода ветвей и границ, как задачи дискретного программирования. Базовой задачей для построения методики выбрана задача о коммивояжере.

Постановка задачи такова. Имеется п объектов , А 2 I ..., к п . Задана матрица расстояний между ниш С = II С у Ц . Выезжая в экспедицию из исходной базы А 0 , кран должен побывать на всех запланированных строительных площадках по одному разу и вернуться на базу А 0 для профилактического осмотра и ремонта. Затем кран выезжает в следующую экспедиции на объекты, подготовленные к монтажу.

Смысл задачи сводится к нахождению такого кратчайшего замкнутого маршрута или цикла ( ц , I ^ , ,.., I п ), проходящего через каждый объект один раз, при котором минимизируется суммарная длина пути:

I (ь,, 12,..., д=СЦЦ+ С1213+ • • •+с 1пц (?)

Приведен алгоритм данной задачи, где производится процесс построения дерева решений, и при этом определяются оптимальные циклы (маршруты) движения мобильных монтажных 1фанов.

В работе решена задача построения оптимального расписания экспедиционно-блочного монтажа.

Решить указанную задачу можно двумя способами. Первый заключается в составлении скользящего расписания по всем объектам, обслуживаемых данной организацией, всеми комплектами кранов по мере появления фронта работ. Втор'ой - в закреплении группы объектов за конкретным комплектом кранов. Каждый из

способов имеет свои преимущества и недостатки, но из условия стимулирования машинистов кранов "за конечный результат", второй способ более предпочтителен.

Для решения этой задачи необходимо определить комбинацию для групп объектов, обслуживаемых одним комплектом крана с минимальными штрафами

м

S(k)=minlS(m) (8)

m=1

где М - количество комплектов вранов (групп объектов);

S(m) - штрафы по всем группам, входящим в комбинацию.

S{m)=tbk(i,i)+bz(i) О)

где п - количество объектов, входящих в m группу К комбинации; £ - количество экспедиций на 1-й объект;

SK(i,j) - штраф за простой комплекта кранов при ожидании (^зонта работ на 1-ом объекте при выполнении j-экспедиций, тыс. руб.; Sc(iJ - штраф за простой сборки и увеличение продолжительности строительства на i-м объекте, тыс. руб.

На рис. 2 приведен алгоритм выбора комбинации групп объектов и расписания монтажа.

При решении данной задачи с использованием метода эвристического программирования, определяются следующие паргметрн:

- необходимое количество комплектов монтажных кранов;

- последовательность экспедиций (монтажа) на объекты;

- продолжительность прерывания во времени монтажа объектов;

- начало и конец монтажа каядого объекта;

- продолжительность монтажа груш объектов.

3 работе предложены технологические схемы и рациональные способы монтажа лептах металлических конструкций производственных зданий с использованием мобильных кранов на спепдасси.

Для определения области рационального применения экспедя-пионно-блочного монтааа используются приведенные затраты на

Рис. 2. Алгоритм выбора комбинации групп объектов из юс совокупности и расписания движения комплектов кранов

монтаж. В настоящее время существующая технология монтажа производственных зданий из ЛЫК заключается в использовании гусеничных кранов повышенной или высокой грузоподъемности, находящихся на объекте до завершения монтажа, поэтому необходимо провести сравнение предлагаемого метода >с существующим.

Приведенные затраты на монтаж одного блока при существующем методе

С1пр=1,08[(См1+См2)Тсв+(См2-Тм)]+1,5ЕЗм+

"м"

I N

+ -М + /

СинГ^сб + Синг(Тсбф^м)

Т

п

Т

Г2

(Ю)

Ен

Приведенные затраты па монтаж одного блока при экспеда-ццонно-блочном методе

+ ^./JkжLL&l + Сщ^ЬЛ с

I П МАп) I тг, ТТЛ /С

(И)

н

где

п У4пМ Тгз Тг4

1,08 - коэффициент, учитывающий накладные расхода работы

кранов;

СМ1 , СМ2 » Смз » СМ4 " стоимость I кашно-ч работы кранов для сборки и монтажа, руб;,

- продолжительность соответственно сборка и монтажа, ч; ' '•

- коэффициент накладных расходов на заработную штату монтажников;

- сумма заработной платы монтажников, руб.;

- единовременные затраты на монтаж и демонтаж соответственно гусеничного и мобильного щзанов, руб.;

- количество блоков на объекте, шт.;

- дальность транспортирования монтажного 1фана, юл;

- стоимость транспортирования соответственно гусеничного и мобильного 1фанов на I им, руб.; транспортная скорость соответственно гусеничного и мобильного кранов, км/ч;

1,5

ЕЗМ

£■2 ' Е-4

N I

П - вместимость накопителя, шт.; А - площадь блока покрытия, ь?; § - стоимость I м^ накопителя, руб.;

»'-'Инг »^МНЗ >^ИН4 ~ расчетная (инвентарная) стоимость крана, руб.;

ТГ1 Дг, »Т"гз ,Тр- нормативное годовое количество часов

работы 1фака, ч;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15.

Б зависимости от места базирования монтажных кранов рассчитаны два варианта: I - мобильный и гусеничный краны находятся на одной центральной базе механизации; 2 - объект находится в цромышленном районе, в зоне нахождения и обслуживания гусеничного крана, а мобильный кран находится на центральной базе механизации.

В варианте I дальность транспортирования обоих кранов на объект одинакова. В варианте 2 дальность различна.

С использованием ЭВМ по специальной црограмме произведены расчеты и построены номограммы дан двух вариантов, где определены области рационального применения экспедиционно-блочного монтажа блоков покрытия размерами 12x24 м (рис. 3,4).

Результаты исследований внедрены в Киевском СУ-21 треста "Центростальконструкщая" ММСС УССР. Экономический эффект от внедрения составил 11,58 тыс. руб. в год. По результатам работы подготовлены "Методические рекомендации по экспедиционно-блоч-ному монтажу легких металлических конструкций одноэтажных производственных зданий".

основные вывода

I. На стадии проектирования расчленение покрытий одноэтажных производственных зданий на блоки определенного типа имеет важное значение. Разработанный метод выбора оптимального типоразмера монтажных блоков позволяет с минимальными стоимостными затратами возводить здания и сооружения и цри этом удается достичь значительной экономии ресурсов и средств.

Конструктивно-компоновочные решения предложенного блока покрытия дня скатных кровель о минимальным^ количествами обо-

Рис. 3. Ношэграмма для определения области рационального применения экспедяционно-блочного монтааа (вариант I)

рочных единиц и типоразмеров обеспечиваю! ; рабство его укрупнения и монтажа как поэлементным, так и блочным'методами, а также возмояшость монтажа без громоздких монтажных траверс, поддерживавшие балок и других приспособлений.

2. Использование разработанного метода расчета и выбора оптимальных параметров экспедациокно-блочного монтаяа (количество и продолжительность экспедиций, вместимость накопителя) позволяет с минимальными затратами организовать производство работ по возведению производственных зданий и сооружений из ЛМК.

3. Предложенный метод расчета и выбора оптимального маршрута движения мобильных монтаяннх кранов позволяет обеспечить минимальные затраты на пробег, экономию топливных ресурсов и при этом повысить долговечность эксплуатации ходовой части ^анов,

4. При программе монтажа ЖК монтажными управлениями

70...100 тыс. м^ в год и более, и в связи с рассредоточенностыо осл ектов строительства, разработанный метод построения оптимального расписания экспедационно-блочного монтажа групп объектов позволяет на 130-140 % повысить эффективность использования мобильных монтажных кранов.

5. Как показали исследования, целесообразно применение мобильных кранов на малых и средних вылетах. Краны пневмоколес-ные и на короткобазовом шасси рекомендуется применять в стесненных условиях при монтаже и реконструкции промышленных объектов, а 1фаны на специальном шасси для монтажа производственных зданий и при частых перебазировках и значительных расстояниях между объектами.

Технологическую схему монтажа необходимо выбирать с учетом типа и размера блоков покрытия, объемно-планировочных решений и конструктивных характеристик зданий, таких как высота здания, количество пролетов и т.д. Здесь рационально использование способов подъема пакетами из двух блоков и строповки монтажных блоков по диагонали.

6. Предложенный метод определения области рационального применения экспедиционно-блочного метода, позволяет рационально выбрать метод монтажа на стадии разработки ППР и по построенным номограммам определять области его рационального применения для наиболее распространенных блоков по1фытия.

7. Результаты исследований внедрены в Киевском СУ-21 треста "Денаростальконструкция" ММСС УССР. Экономический эффект от внедрения составил 11,58 тыс. руб. в год.

По результатам работы подготовлены "Методические рекомендации по экспедациокно-блочному монтаву легких металлических конструкций одноэтажных производственных зданий".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Федоренко П.П., Хрейки Ж.И. Оптимальные параметры экспедищонно-блочного монтажа П Строит, пр-во, 1989. -Вып. 28. - С. 57-61.

2. Федоренко П.П., Хрейки Ж.И. Выбор оптимального типоразмера монтажных блоков из ЛМК // Пром. сгр-во и инж. сооружения. - 1989. - й I. - С. 34-35.

3. Федоренко П.П., Хрейки Е.И. Оптимальное расписание экспедационко-бдочного монтажа ЛМК // Пром. стр-во и инж. сооружения. - 1990. - № 2. - С. 9-10.

4. {&8Доренко П.П., Хрейки Ж.И. Выбор оптимального маршрута мобильных монтажных кранов П Строит, цроиз-во, 1990. -Вып. 29. - 0. 82-88.

5. Хрейки К.И., Федоренко П.П. Эффективное использование мобильных монтажных кранов // Пром. стр-во и инк, сооружения. - 1990. -14. - С. 27-29.

6. Методические рекомендации по экспедационко-блочному монтану легких металлических конструкций одноэтажных производственных зданий. - Киев: НИИСП Госстроя УССР, 1991. - 50с.

Подпис.в печ.30.10,01. Формат 60x84 /16.Бумага писчая.О^еткая печать. Усл.печ.л. 1,0. Усл.кр.-отг. 1,25. Уч.-изд.л. 0,7. .Тираж 100 экз. Заказ 1930.

Типография НИИСП Госстроя Украины, 252180, Киев-180, ул. И.Клименко, 5/2.