Современные типы стальных конструкций

Современные типы стальных конструкций

и их применение в объектах промышленности Никита Беляев

ведущий инженер-конструктор

Семинар «Эффективное применение стальных решений в проектировании объектов

промышленного и гражданского назначения», г. Кривой Рог, 27 мая 2015

Правильная постановка задачи

УВЕЛИЧИТЬ МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ???

НЕТ

УВЕЛИЧИТЬ ПРОЦЕНТ КОНСТРУКЦИЙ С

РАЦИОНАЛЬНЫМ И ВЫГОДНЫМ ЗАКАЗЧИКУ ПРИМЕНЕНИЕМ СТАЛИ

Steelbuildings.com.ua

Больше БМЗ в Украине

Проектирование

Информационное моделирование здания (Building Information Modeling или BIM)— это подход к

возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным

циклом объекта), который предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования

всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании

со всеми её взаимосвязями и зависимостями, когда здание и все, что имеет к нему отношение,

рассматриваются как единый объект.

Для сохранения

конкурентоспособности

Для выхода

на внешние рынки

В кратчайшие сроки следует переходить к 3D-моделированию!!!



Современное производство металлоконструкций

Схема современного производства , в том числе и

заводов металлоконструкций:

Одна из основных причин запроса на

переход к 3D-моделированию –

автоматизация производств оборудованием

с ЧПУ, в которое данные 3D-модели

передаются автоматически.

Это помогает:

1. Снизить трудоемкость производства;

2. Исключить ошибки при ручном вводе

данных.

Иностранный Заказчик часто согласен

платить больше, но работать с

компаниями, использующими

современный подход к

проектированию и производству.

И отечественный, и, особенно,

иностранный Производитель

заинтересован работать с

проектировщиком, который говорит с

ним «на одном языке»



Монтаж

3D-модель дает высокую точность,

позволяет проектировщику видеть

фактическую картину и выполнять

проверки на конфликты.

Получения большинства текущих данных из

3D-модели не составляет труда.

Используя 3D-модель, проектировщик,

в первую очередь, страхует себя от

ошибок и последующих рекламаций

Исключение ошибок в проектной

документации повышает качество,

ускоряет последующие изготовление и

монтаж, в чем заинтересован Заказчик,

Производитель и Монтажник



Проектирование металлоконструкций в 3D

Привычное нам разделение на КМ, КМД и выполнение их раздельно при использовании

3D-модели теряет смысл и не практикуется за пределами СНГ, где уже давно перешли к

информационному моделированию и нет смысла создавать 2-е и более 3D-модели на один

объект.

Заказчику передаются монтажные чертежи (assembly drawings – наши монтажные схемы раздела

КМД) и заводские чертежи (workshop drawings – наши деталировочные чертежи раздела КМД).

Небольшие объекты (до 100т), как правило, проектируются одним конструктором и одним

чертежником в течении месяца. На многие типовые конструктивы в ПО заложены макросы еще

больше облегчающие процесс.

Для больших объектов существуют режимы совместной работы.



Оптимизация решений на основе металлоконструкций

Оптимизации с позиции изготовления и монтажа

Оптимизация конструктивной схемы

Современные материалы и типы элементов

- высокопрочные марки сталей

- балки переменного сечения

- балки с перфорированными,

гибкими либо гофрированными

стенками - ЛСТК

- членение на отправочные элементы

- укрупнительная сборка - технология монтажа

- геометрия и топология конструкции;

- количество элементов;

- характеристики узлов;

- пути передачи нагрузок;

- разводка инженерных сетей;

- эксплуатационные характеристики

(полезные площади, освещенность,

вентиляция)



Высокопрочные марки сталей

Преимущества:

- снижение металлоемкости до 20%;

- уменьшение размеров сечения;

Ограничения:

- не оказывают положительного воздействия

на устойчивость конструкций;

- не оказывают положительного влияния на

деформации.

Применение:

- для растянутых элементов;

- для континуально раскрепленных элементов

(например, сталежелезобетонных балок);

- для сильно нагруженных элементов с небольшой

расчетной длинной.

Производство:

Производство конструкций из высокопрочных

сталей требует соответствия сварочных

материалов. И Еврокоды, и действующий с

1 января 2015 ДБН дают указания по выбору

материалов соединений для высокопрочных

сталей.



Балки с перфорированной стенкой


- снижение металлоемкости до 30%;

- пропуск коммуникаций в створе

конструкции;

- криволинейные формы;

- менее трудоемки, чем фермы.


- трудоемки в сравнении со

сплошностенчатыми балками;

- отходность при изготовлении;

- не рекомендуются для высоких уровней

загружения.

- развитые по высоте сечения


- перекрытия с невысокими уровнями загружения и

необходимостью пропуска инженерных сетей;

- покрытия без высоких локальных нагрузок.


могут производится на стандартном для заводов

металлоконструкций оборудовании из листов

либо роспуском катанных и сварных двутавров.



Примеры применения и особенности работы

Особенности работы под нагрузкой

Элементы работают по принципу

«балки Виренделя»

Примеры применения в промышленности



Балки с гофрированной стенкой


- снижение металлоемкости в балках до 35%;

- снижение металлоемкости в колоннах до 15%;

- повышенная крутильная жесткость;

- технологичность.


- неагрессивные и слабоагрессивные среды;

- краны до грузоподъемностью до 20т;

- подвижные локальные нагрузки (для стенок

толщиной до 3мм);

- развитые по высоте сечения;


- перекрытия без подвижных сосредоточенных

нагрузок;

- покрытия.


балки синусоидальной стенкой производятся на

специализированном роботизированном

оборудовании. В Украине есть 2-а таких

производства. В Республике Казахстан

существует практика производства балки с

трапециевидным либо треугольным гофром при

помощи специальных ротационных машин.




Особенности работы под нагрузкой

Элементы работают по принципу фермы.

Полки работают только на сжатие и

растяжение, стенка - на срез. Такое

распределение возникает за счет тонкой

гофрированной стенки, которая работает

как «гармошка» не воспринимая усилия

сжатия и растяжении.




Легкие Стальные Тонкостенные конструкции (ЛСТК)


- низкая металлоемкость;

- цинковое покрытие.


- высокие уровни загружений

- бескрановые здания;

- Фермы эффективны на пролетах до 24м,

прогоны – до 9м;


- системы стеновых и кровельных прогонов;

- бескрановые здания павильонного типа;

- модульные конструкции и здания для временного

размещения людей;

- каркасы зданий средней этажности;

- каркасы малоэтажного жилья;

- панели многоэтажных задний;

- надстройки и другие виды реконструкции жилья;

- МАФЫ (СТО, гаражи, мойки, павильоны)


Профиля ЛСТК производятся одним из двух

методов: 1 – гибка (холодногнутые) на листогибах

и других прессах; 2 – прокатка (холоднокатанные)

на поточных профилегибочных линиях. Основным

методом системного производства ЛСТК является

прокатка.




Элементы ЛСТК имеют большое количество

форм потери устойчивости. Расчетом

допускается местная потеря устойчивости и

потеря устойчивости формы сечения. Один и тот

же профиль в зависимости от характера работы

(изгиб, сжатие и т. д.) будет иметь различные

расчетные сечения и характеристики.


При сжатии При изгибе



Задача конструктора – подобрать правильную комбинацию

Балки с перфорированной стенкой:

- повышение несущей способности

- пропуск коммуникаций

Сталежелезобетонная плита и балки:


- сокращение трудозатрат

- повышенная жесткость и отказ от связей

Малоэлементная ферма с верхним поясом

из гофробалки:

- снижение металлоемкости (ниже, чем у

ферм серии «Молодечно»)


Беспрогонная теплая кровля по несущему

профнастилу:

- отказ от прогонов и связей по верхнему поясу;

- снижение трудоемкости.



Прогоны из ЛСТК:

- снижение металлоемкости;

- цинковое покрытие.

Малоэлементная ферма из ЛСТК

с преднапряженными элементами:

- снижение металлоемкости;

- цинковое покрытие;

- пропуск коммуникаций.

Задача конструктора – подобрать правильную комбинацию

Сталежелезобетонные балки с

отверстиями для пропуска коммуникаций:


- повышенная жесткость и отказ от связей


Ж/б плиты, включенные в работу с балками:

- увеличение шага балок;

- снижение трудозатрат.



Пример оптимизации при реконструкции

Усиление ригеля

Вариантное проектирование показало

существенные преимущества подобных

связей сравнительно с другими

более классическими их типами

Усиление колонны стальной

обоймой



Европейская и Американская школа

Европейская школа

Готова увеличить трудоемкость на заводе

для снижения металлоемкости. Однако

старается максимально упростить монтаж.

Американская школа

Стремится к максимально простым конструкциям.

Готова увеличить металлоемкость, но снизить

трудоемкость изготовления и монтажа.



Еврокоды

Причины перейти на Еврокод:

1. Они распространены;

2. Применение современных технологий;

3. Экономия на огнезащите стальных конструкций;

4. Более точные методики.

Очевидно

Пример:

- В отечественных нормах ЛСТК ограничено

толщиной до 2мм и высотой – до 200мм;

- Пока отсутствует полный комплект норм для

проектирования сталежелезобетонных

конструкций

Пример:

- В отечественных нормах отсутствует

расчетная методика, подобная Еврокодам

- Отсутствует снижение пределов

огнестойкости при наличии систем

активной пожзащиты.

Пример:

В отечественных нормах расчет опорных

плит ведется на изгиб от отпора

фундамента с использованием

коэффициентов Бубнова-Галеркина.

Еврокод дает совсем другую методику,

основанную на продавливании.

по ДБН по Еврокоду

- бетон фундамента – прочнее;

- толщина плиты - до 2-х раз меньше.

Отличия в решениях узлов

Гибкие фланцы толщиной

до 12мм

Нормальной практикой

считаются заводские болтовые

соединения




Гибкий фланец

на неполную высоту

Чаще применяются узлы

Непосредственным

креплением к стенке




Сложные узлы предпочитают

изготовить в заводских

условиях

Не оставляют значительных

допусков на погрешность

фундамента



Отличия в крепеже

Распорные болты Потайные болты

Болты с контролем натяжения Инъекционные болты



http://www.spec-net.com.au/press/0510/wds_120510.htm

http://www.google.co.uk/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=HV9gh_GlqColVM&tbnid=wFDVU7Cq0Tl1kM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.blindbolt.co.uk/mail-details/&ei=mTR6UcDbFqrI0QWSzIDwDQ&bvm=bv.45645796,d.d2k&psig=AFQjCNE4nrplBGIGxUEl8fq965zBwZ5HZA&ust=1367049712038884

Пример оптимизации по эксплуатационным критериям



Оптимизация металлокаркаса промышленного здания



Оптимизация металлокаркаса промышленного здания

1. Балочные конструкции

взамен решетчатых

2. Металлоемкость в 2-а раза

ниже



Примеры оптимизации монтажа

Монтаж резервуаров

методом рулонирования

Монтаж укрупненного

на земле купола весом около 300т

Монтаж покрытия завода

укрупненными блоками

Сложный узел, изготовленный

в заводских условиях



СПАСИБО!

Современные типы стальных конструкций

Real Estate