Open/Close Menu Разработка чертежей КМД

Технико-экономические задачи в последующем периоде проектирования, при конструировании, весьма разнообразны, но более просты и лучше изучены. Они в основном касаются веса, поскольку в настоящее время главнейшая задача конструирования—дать наиболее экономную по затрате материала конструктивную форму при требуемой надежности и соответствии условиям эксплуатации.
Для стальных конструкций вопрос минимума веса имеет и самостоятельное значение в силу директивы экономии стали, почему рассматриваемому комплексу технико-экономических вопросов придается особая важность.
Технико-экономические вопросы этой группы могут быть разбиты на три категории: вопросы общей компоновки конструкции, вопросы компоновки элементов, вопросы экономики соединений и деталей.
1. Вопросы углубления общей компоновки конструкции. Общая компоновка дает генеральные размеры сооружения в целом и определяет основы его конструкции. Конкретизация компоновочной схемы, заполнение ее дополнительными элементами и соответствующее этому расчленение генеральных размеров на части, а также известная при этом корректировка генеральных размеров составляют первую часть технико-экономических задач этапа конструктивной разработки, вытекающих из вопросов экономически обоснованного размещения элементов. Во время этого процесса компоновочная схема углубляется и превращается в конструктивную схему. В результате устанавливается и фиксируется геометрия сооружения и элементов конструкций, закрепляемая в монтажных схемах. Систему элементов конструкций устанавливают исходя из геометрических и конструктивных соображений. Наиболее целесообразная методика этой части работы — вариантное проектирование, подкрепленное беглыми подсчетами и коэффициентами сравнения.
Аналитические зависимости наивыгоднейшего размещения элементов конструкций разработаны для многих случаев; однако они достаточно схематичны и поэтому применяются для установления первых направляющих величин, которые затем уточняются при помощи вариантного проектирования. В основном они указаны в главе V. Значение их весьма существенно. Выбор конструктивной схемы в значительной степени является результатом творческой интуиции проектировщика. При большом количестве возможных схем очень важно знать, какие схемы конкурентоспособны. В настоящее время этот вопрос часто разрешается просто на основании опыта проектировщика, почему многие схемы априорно отпадают, а многие оцениваются неверно вследствие недостаточной разработки соответствующего аппарата оценки. Очевидно, этот аппарат должен давать быстрые нетрудоемкие решения, соответствующие темпам вариантного проектирования. Решение вопроса возможно на основании подобранной системы коэффициентов. Коэффициенты должны быть сравнимы и потому исходить из одного принципа. При этом важно дать законы их изменения, так как в большинстве случаев проектировщик будет подбирать коэффициенты на основании этих закономерностей. Основополагающим принципом здесь являются законы веса конструкций. Они были разработаны автором в 1926—1930 гг. прошлого века в СССР (России) получили дальнейшее развитие в настоящей работе.
Таким образом, экономический эффект является результатом выбора рациональных систем элементов конструкций и надлежащего их размещения. При этом целесообразно применение конструктивных принципов, приводящих к экономии веса, — принципа концентрации материала (согласно которому укрупнение элементов дает выигрыш в весе за счет сокращения второстепенных деталей и более быстрого роста несущей способности, нежели самого веса) и принципа упрощения конструктивной формы путем исключения дополнительных элементов, непосредственно не нужных для работы сооружения и в ряде случаев принципа совмещения функций.

Экономическое значение этих принципов освещено ниже.
Приходится все же отметить, что принципы эти не самодовлеющие, они находятся в тесной связи с геометрией и конструкцией сооружения, от которых в первую очередь зависит их действенность.
Применение этих принципов не может изучаться изолированно от вопросов изготовления конструкций и монтажа. Вопросы изготовления стимулируют использование принципа концентрации материала, так как стоимость изготовления тонны крупных элементов дешевле, чем тонны мелких; при этом уменьшается число второстепенных, наиболее трудоемких элементов. Концентрация материала в небольшом числе элементов упрощает также и монтаж, так как уменьшает число необходимых подъемов конструкции. Таким образом, концентрация материала в меньшем числе элементов оправдывается не только экономией веса, но и уменьшением трудоемкости изготовления и сроков монтажа. В то же время выгода концентрации материала ограничивается усложнением промежуточных конструкций между главными элементами, которые при малом числе основных элементов и больших расстояниях между ними разрастаются настолько, что погашают преимущества концентрации. Это относится не только к вопросу экономии материала, но еще в большей степени к вопросам трудоемкости изготовления и монтажа, вследствие резкого различия весов основных и промежуточных элементов и невыгодности поэтому увеличения числа последних. Таким образом, возникает комплексная технико-экономическая задача размещения элементов, которая должна разрешаться в целом по экономике веса, изготовления и монтажа.
Неблагоприятное влияние промежуточных элементов в известной степени объясняется тем, что при обычном методе расчета — расчленении конструкции на плоскостные элементы — промежуточные элементы только обременяют основные, не помогая им в работе, несмотря на фактическую пространственную завязку конструкции.
Отсюда ясно, что учет пространственности — хороший прием, улучшающий положение. Для должной своей эффективности элементы пространственной завязки (промежуточные элементы) не должны быть очень слабыми; пространственная завязка уменьшает усилия в основных элементах и они оказываются менее мощными; различие между основными и промежуточными элементами уменьшается, что ведет к уменьшению веса и упрощению изготовления и монтажа. Уменьшаются также наивыгоднейшие расстояния между основными элементами.
Принцип упрощения конструктивной формы имеет в основном производственные предпосылки: увеличение числа одинаковых элементов, вследствие повышения их серийности, не ведет к удорожанию изготовления и монтажа. Хотя суммарный вес основных элементов несколько увеличивается вследствие повышения строительных коэффициентов, зато благодаря уменьшению расстояний между основными элементами существенно уменьшается вес промежуточных элементов, что может уравновесить повышение веса основных.

Уменьшение веса промежуточных элементов может сопровождаться упрощением их формы и даже исключением некоторых из них, если они окажутся излишними при меньших расстояниях между основными элементами. Это может дать существенную экономию стоимости и упростить конструкцию, так как мелкие элементы наиболее дороги. При исключении некоторых элементов промежуточных конструкций их функции переносятся на оставшиеся. Это приводит к принципу совмещения функций, как следствию принципа упрощения конструктивной формы, когда оставшиеся элементы выполняют в работе конструкции несколько функций.
Таким образом, принцип упрощения конструктивной формы состоит в тщательном рассмотрении всей конструкции, исключении лишнего (не только в элементах, но и в деталях конструкции) и в использовании серийности. Выявление лишнего зависит от конструктивной формы; более совершенная конструктивная форма требует меньшего числа элементов и меньшего их различия. Типичным примером принципа упрощения конструктивной формы являются беспрогонные решения промышленных зданий, при которых плиты покрытия связаны непосредственно со стропильными фермами и выполняют две функции — покрытия и связей.
2. Вторая категория технико-экономических задач конструи — рования связана с компоновкой элементов конструкции. В этих задачах основные аргументы — пролет, расстояния между элементами, а иногда и высота — уже заданы произведенной компоновкой геометрической схемы.
Таким образом, задача сводится к закономерностям экономического подбора сечения. Здесь можно отметить несколько циклов вопросов.
а) Установление геометрических параметров, приводящих к наивыгоднейшим соотношениям сечений. Для обычных, хорошо изученных элементов конструкций, балок, ферм и т. д., они в основном известны при простейших очертаниях и, как правило, не требуют специальных исследований, но требуют дальнейшей разработки для более сложных (например, неразрезных балок с криволинейным поясом) и более новых типов элементов конструкций (предварительно напряженных, висячих оболочек и т. д.). Вопросы эти самым тесным образом связаны с законами веса, так как вес в настоящее время является наиболее важным критерием правильности подбора сечений. Однако только этого критерия недостаточно. Столь же важны условия работы под нагрузкой (устойчивость и распределение напряжений), стойкости против коррозии и повреждаемости. Очень важны последние, так как от них непосредственно зависит продолжительность эксплуатации сооружений. К сожалению, на эти факторы часто не обращают должного внимания.

б) Установление конструктивных параметров, определяющих наивыгоднейшую конструкцию элемента. Здесь прежде всего должно быть отмечено значение сортамента как основного формообразующего начала. Рационализация сортамента прокатных элементов, частично начатая и далеко еще не завершенная, имеет весьма большое значение для экономии стали. Она будет охарактеризована далее.

Основой экономичности здесь является тонкостенность элементов сечения, которая сдерживается опасностью потери устойчивости. Таким образом, вопросы устойчивости направляют не только геометрию (главные параметры) сечения, но и его конструктивную форму. Приемы обеспечения устойчивости увеличивают трудоемкость изготовления и потому находятся в некотором противоречии с принципом наименьшей трудоемкости, что должно быть согласовано в процессе конструирования.

  1. Третья категория технико-экономических задач связана с вопросами экономики соединений и деталей.

При сравнении деталей возникает вопрос об экономике сварки. Хотя экономия при переходе от клепки на сварку в среднем достаточно известна, в деталях остается много неразрешенных вопросов, связанных с приемами сварки (автоматической, шлаковой, в струе защитного газа, контактной, проплавлением и т. д.) и с конструктивной формой, наиболее отвечающей данному виду сварки. Различные приемы сварки развиваются столь интенсивно, что экономическое обоснование применения этих приемов для разных типов конструкций явно запаздывает, и это тормозит их внедрение. Трудности усугубляются тем, что вопросы внедрения различных приемов сварки не могут быть разрешены на основе чистой экономики, а влекут за собой изменение конструктивной формы, также еще не разработанной ни конструктивно, ни экономически. Примером могут служить многолнс- товые сварные пакеты, которые, по-видимому, сейчас при возможности сплачивания проплавлением и электрошлаковой сварки стыков смогут существенно улучшить конструктивную форму ввиду лучших качеств тонкого листа. Разработка экономики этого вопроса неотложна.

Недостаточно конструктивно и экономически изучена сварка трубчатых сечений, что приводит к задержке внедрения этих прогрессивных конструкций и разнообразию конкурирующих решений. Прогрессивность электрошлаковой сварки не возбуждает сомнения, но применимость ее в обычных конструкциях ограничена: недостает удобных приспособлений и соответствующей экономически обоснованной конструктивной формы. Примеры можно умножить.

Экономического анализа требуют и другие виды прогрессивных соединений, например соединения на высокопрочных болтах. Конструктивые формы болтовых соединений очень просты; однако эксплуатационные условия работы соединения, вопросы очистки и подготовки поверхностей соприкасания далеко не изучены. Не выяснены наиболее рациональные материалы для болта и его деталей.

Большой интерес представляет экономика деталей креплений для обеспечения устойчивости, а именно постановки диафрагм, конструкций закрепления предварительно напряженных стержней, восприятия опорных реакций и пр. Все эти вопросы разрешаются вариантным проектированием. Характерной особенностью всех указанных деталей конструкций является концентрация напряжений, сопровождающая их работу и локализирующаяся обычно около них. Поэтому уменьшение числа деталей крепления важно с точки зрения не только экономии металла и трудоемкости, но и работы конструкции. Концентрация напряжений усиливается при увеличении сложности деталей; как с точки зрения улучшения работы, так и экономии материала, следует избегать сложных деталей. Принцип упрощения конструктивной формы является здесь наиболее действенным.

Как было уже отмечено, при анализе экономической конструктивной формы обычно ограничиваются установлением конструкции наиболее выгодной по затрате стали. Такой подход, несомненно, весьма односторонний, является следствием того, что до сих пор удобная методика определения стоимости в процессе проектирования (не только по затрате металла, но и по производственным расходам на возведение конструкции) еще недостаточно выработана. Основы такой методики охарактеризованы во II части книги.

© 2017 Конструкторское бюро

Айтиха. Разработка сайтов и приложений
Проектирование строительных конструкций. Разработка конструкторской документации. Сопровождение проектной документации на стадии изготовления и возведения конструкций