Введение к работе
Актуальность. Геометрическая точность является одним из основных показателей , определяющих качество строительства. Она зависит от погрешностей изготовления деталей , строительно - монтажных и геодезических разбивочных работ .
Для повышения качества строительства производственных вданий и сооружений необходимы обоснованные нормы точности , которые от-1"'' вечали бы требованиям повышения надежности , долговечности и эко-1 номичности в процессе их эксплуатации .
Проблема обоснования точности возведения вданий и сооружений, несмотря на ряд исследований в нашей стране и за рубежом , остается актуальной и на сегодняшний день , что, следовательно, требует ее дальнейшего научно - технического совершенствования .
Технологические допуски , рассчитываемые по существующим методикам, не учитывают сложившийся уровень производственной базы стройиндустрии и технологию строительного производства, что приводит к назначению необоснованных величин технологических допус-лов и , как следствие, к низкой собираемости узлов зданий.
Кроме того, современная методика расчета не учитывает показатели надежности конструкций, то есть способность несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений выполнять заданные функции в период их эксплуатации.
Нахождение величин технологических допусков по предлагаемым в работе методикам будет способствовать повышению качества строительства, а следовательно, увеличению надежности и долговечности сооружений, поэтому актуальность решения поставленных задач очевидна.
Целью работы является разработка методики расчета точности и обоснование допусков на геодезические разбивочные работы при воз-ведениии многоэтажных каркасных зданий с учетом уровней производственной базы стройиндустрш, технологии строительного производства и показателей надежности конструкций.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать нормативные документы и публикации по вопросу точности геодезических работ при возведении многоэтажных Зданий и сооружений из сборных унифицированных железобетонных элементов;
проанализировать существующие методики расчета точности геодезических разбизочных работ и исследовать их при расчете на конкретных объектах;
разработать методику расчета точности геодезических разби-вочиых работ с учетом уровней производственной базы строй-индустрии и технологии строительного производства;
разработать методику расчета точности геодевических раэби-вочных и строительно-монтажных работ с учетом показателей надежности конструкций;
исследовать точность изготовления и монтажа строительных конструкций конкретных объектов;
исследовать методику расчета допусков на геодезические разбивочные работы с учетом уровней производственной базы строй-индустрии и технологии строительного производства;
исследовать влияние точности строительно-монтажных и геодезических разбивочных работ на показатели надежности конструкций при возведении многоэтажных каркасных зданий иэ унифицированных железобетонных элементов;
установить обоснованные допуски на геодезические разбивочные работы для конкретных сооружений.
Методика исследования. При обработке материалов исполнительных съемок объектов использовались: теория вероятностей и математическая статистика, теприя погрешностей измерений и теория надежности. При расчетах допусков на геодезические разбивочные и строительно-монтажные работы использовалась теория размерных цепей.
Научная новизна. Разработаны методики расчета допусков на геодезические разбивочные работы с учетом уровней производственной базы стройиндустрии , технологии строительного производства и показателей надежности конструкций.
Практическая ценность предлагаемой работы заключается в следующем: установлены;"' показатели фактической точности изготовления и монтажа конструкций на конкретных объектах, характеризующие уровни производственной базы стройиндустрии и технологии строительно-монтажных работ, обоснованы допуски на геодезические разбивочные работы с учетом точности изготовления и монтажа конструкций и показателей их надежности по назначению.
Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались на научно-технических конференциях ( на секциях инженер-
- Б -ной геодезии ): Сибирского автомобильно - дорожного института в 1990-1996 гг, Московского инженерно-строительного института в 1994 г., Омского аграрного университета в 19S5 - 1996 гг., Между-кар. научно-практ. конф. "Город и транспорт", Омск ,1996 г.
Практическая реализация работы.
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в рамках хоздоговорной научно-исследовательской работы СибАДИ с научно - исследовательским институтом прикладной геодезии ( тема 05.15 ) по ваданию ГУГК при Совете Министров СССР и результаты переданы в НИИПГ. для использования их при разработке нормативных документов.
Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций курса инженерной геодезии для студентов строительных специальностей.
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ, в том числе депонированная монография, в соавторстве.
Объем работы .
Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения .основных выводов и содержит 34 страницы машинописного текста, 33 таблиц, 22 рисунка , список "использованной литературы, включающий 36 наименований и приложения на 6 страницах.
Основные положения' ; которые выносятся яз защиту:
методика расчета точности на геодезические раэбивочные работы с' учетом уровней производственной базы стройиндустрии и технологии строительного производства;
методика расчета точности строительно-монтажных и геодезических разбивочных работ с учетом показателей надежности конструкций;
-нормы точности разбивочных работ для конкретных сооружений. СОДЕРЖАНИЯ РАБОТЫ
Во введении излагается цель'и основные положения диссертационной работы, дана общая оценка обоснованных норм точности э проблеме повышения качества строительства зданий и сооружений.
В первом разделе приводится характеристика погрешностей, возникающих при возведении зданий и сооружений иа сборных железобетонных конструкций и даётся анализ нормативных документов по
- б -
вопросу точности возведения зданий и сооружений.
Здания и сооружения собирают с заданной точностью ив отдельных взаимозаменяемых элементов , изготовленных с определённой погрешностью . Поэтому одной из важнейших характеристик качества строительства , в настоящее время , является точность изготовления и установки конструкций в проектное положение .
При возведении зданий и сооружений должны быть созданы условия стабильности положения конструкций , ее узлов а всего сооружения в целом , независимо от результатов последующего воздействия на здание или сооружение эксплуатационных нагрузок , осадки фундамента , температурных и ветровых нагрузок и т. п.
При изготовлении строительных конструкций , их установке в проектное положение , производстве геодезических разбивочных работ , действует большое количество различных факторов , вызывающих появление ошибок в проектных размерах , конструктивной форме и взаимном положении отдельных узлов зданий и сооружений . Эти неизбежные ошибки могут ьарушить нормальный процесс возведения здания или сооружения , понизить его надёжность и долговечность , значительно увеличить стоимость строительства . Чтобы этого не случилось , необходимо учесть эти погрешности на стадии разработки рабочих чертежей и проектов производства работ.
При геодезических построениях в процессе возведения зданий и сооружений выполняют следующие виды измерений :
угловые измерения при выносе в натуру основных осей здания или сооружения от пунктов разбивочного обоснования и контроле возведения частей зданий и сооружений ;
линейные измерения при выносе в натуру проектных значений отрезков разбивочных осей и контроле действительных, размеров сборных элементов здания или сооружения , габаритов здания или сооружения , расстояний между осями сборных элементов после установки их в проектное положение ;
высотные измерения при выносе проектных отметок опорных плоскостей и контроле высотного положения возведенных конструкций, элементов зданій и сооружения .;
вертикальные измерения при передаче точек разбивочных осей на монтажные горизонты , Еыверке вертикальности высотных сооружений .
Каждый из этих видов измерений неизбежно сопровождается рядом случайных и систематических ошибок , которые необходимо
учесТі .
ПОЭТОМУ р»П2КК8 ПрпбЛЭг,Ы ССеСЖ-'-ЙНИЯ ГеОМЗТрИЧ-гС'ЛОЙ ТОЧНОСТІ
в строительстве- остается актуальной и сзгсдп.ї .
Анрлиз нор.'о'атїшкік документов и публикаций показал , что вопросу ofiocHORaiiji't точности геодезическж работ при возведении производствэнных зданий га последние годы уделено значительное г-нимзние со стороны многих видній. учсіиьЕХ : Г.В. Багр-ітуни , В.М. Беспалова , И.Ф. Золгова , Н.Г. Видуева , О.П. Войтенко , Б.И. Гержуда , Г.О. Глотова , А.Г. Грж-оренко , Ю.П. Гуляева , Т.С. Данкденко , Г.д. Дэямпл , Б..Н. Жукова , В.Г. Конусова , Г,П. Де«~ чука , К!. И. Лобова , Ю.К. Ксумквак'.шз , В.Е. Новака , В.К. Лг-нк-рушчна , її.В, Полкшука , Ю.В. Столбс::а , А.Н. Сухова , B.C. Сыт-нила , Т.Т. Чмчянз , Г.П. Хсмозз и др .
В решении проблемы точности в настоящее время нет единого взгляда з силу многогранности и слслности этой задачи , лозному необходимы дальнейшие исследования.
Нормативные документы устанавливают технологические и унк-циопальныэ допуски, но в них не всегда нормы точности на поведение отдельных этапов геодезически: разбизочных работ увязана н?к-ду собой .
Кроме того , нормативный документы не дают чёткого ответа на вопросы целесообразного распределения функционального допуска между составляюїдиші звеньями .
Величины допусков , приведенные в нормативных документа:: не учитывают показателей надежности конструкций по назначению или ответственности сооружений , не учитывают урсзкя производственной базы стройиндустрии и урсЕпч технологии строительно - контакт»: работ .
Все вышеперечисленны? кг достати' нормативных документов требуют соверознствования методики pu*. ^ета точности гоодегичесгате. раобивочных работ в строительстве.
Во втором раздела дан анализ сушестзукцих методик расчете точіїости геодезических рагбивочных работ э строительстве и предложены методики расчета точности :.
-
геодезических разбизочных работ с учетом уровней производственной багы стройиндустрии и технологии строительного производства ;
-
геодезических равбивечных работ с учетом показателей надежности конструкций.
В настоящее время расчет допусков на геодезические раэбивочг ные работы осуществляется с применением методов равного влияния , ничтожного влияния , максимума - минимума и теоретико-вероятностного , Первые два метода используются в предварительных расчётах, а метод максимума - минимума применяется , когда необходимо получить 100 7. собираемость изделий и конструкций и число составляющих размеров в размерной цепи мало .
Основным методом расчета , обеспечивающим почти полную собираемость изделий и конструкций , является теоретико - вероятностный метод с использованием способов попыток , равных допусков и равной точности .
Способ попыток , который используется при расчетах допусков, устанавливаемых нормативными документами , не даёт механизма рационального перераспределения допусков между составляющими звеньями размерной цепи при решении обратной задачи .
Наиболее перспективными, с этой точки зрения, является способ равной точности , который позволяет назначать технологические допуски составляющих звеньев размерной цепи в одном и том же классе точности .
Решение задачи по назначению допусков в способе равной точности сводится к определению класса точности путем расчета числа единиц допуска или коэффициента точности "Кор" по выражению :
Кср- /Д2 / Е I2i , (1)
где її- единицы допусков составляющих звеньев цепи , мм ;
п - число звеньев в размерной цепи .
Технологические допуски определяются по выражению:-
Ді - Kcp-Ii . (2)
При сложившейся производственной базе стройиндустрии, когда известна точность изготовления , необходимый класс точности и допуски на остальные операции назначают с учетом коэффициента КсР, определяемого по формуле:
Кср - / (ДІ - Е Дгіиаг) / Е І2і , (3) 1-1 1-1
где Дціаг " известные допуски на изготовление , обеспечиваемые на данном этапе эксплуатации оснастки ;
І і - единицы допусков составляющих звеньев цепи на остальные операции .
Такой подход к определению класса точности и допусков позволяет назначать допуски на все процессы возведения сборных зданий и сооружений с учётом уровня производственной базы стройиндустрии.
Далее в разделе приводится методика расчёта допусков ка геодезические раэбивочные работы с учетом уровней производственной базы стройиндустрии и технологии строительного производства.
3 этом случае коэффициент точности на геодезические раэбивочные работы вычисляется по формуле:
К - / (ДІ- Е (Д21и+Д2ш))/ 2 IZir , (4)
где Дій . Дім - технологические допуски на изготовление элементов и монтажные операции , вычисленные на основании статистических исследований , проведенных на конкретной строительной площадка ;
Ііг - единицы допусков составлявших звеньев цепи ка геодезические работы.
Использование такой методики расчета точности геодезических разбивочных работ позволяет получать допуски , учитывающие конкретную точность изготовления и монтажа конструкций, а следовательно , более обоснованные нормы точности.
В подразделе S.3" приводится методика расчёта точности строительно -.монтажных и разбивочных работ с учетом показателей надёжности конструкций .
В нормативных документах здания и сооружения делятся по степени ответственности на три категории с покавателями надежности по назначению тп- 1; 0.95; 0.9 .
Проф. Столбов Ю.В. /3/ предлагает формулы расчёта значений допускаемого отклонения 5п и допуска Дс при "п" состоянии конструкции , соответствующего показателю ответственности зданий и сооружений или надёжности по назначению тп:
5П - 50 +(l/Yru-i)Mo/N0 >В0 /їпі-. (5)
Да- 25п , (6)
где Во - допускаемое отклонение на воэведеяие конструкций ( колонн ) при їпі- її которое можно принять равным значению случайного эксцентриситета вол" 1/30 высоты сечения или 1/600 длины колонны ( заделки ), но не менее 1 см; 1Аа, На -соответственно ивги-баюсдй момэнт и сжимающая' сила при нулевом состоянии конструкций,
- 10 -Gee учета качельных геометрических несовершенств НГН конструкций ( без учета погрешностей их зоаведэния ); Гпі~ показатель надежности по назначению ( для колони его можно принять равным коэффициенту ответственности вданий и сооружений ).
При этом показатель надёжности задаётся нормали проектировании .
По суммарному допуску мокло рассчитать допуски на отдельные производственные операции , используя способ равной точности, по формулам (1),(2).
Нормы точности на геодевические раэбивочные работы следует определять по выражениям :
при тп - 1 6Г- Дг/2, іяг- 5Г/3; (?)
при їп - 0.95 5Г- Дг/2, шг- 5г/2; (8)
при тп - 0.9 5Г- U1-/2, П'г- 5г/1.65. (9) Подобным образом можно выполнить расчёты допусков на другие
технологические операции с учётом показателей ответственности зданий и сооружений.
Дифференцированные норш точности наилучшим образом позволя-ат учесть ко);с:'рукт;іві;ь'е и сбъёмно - планировочные рекеїшя вданий и соор>ХсНий и показатели их ответственности.
3 Гб?:п;?м гдлдьле выполнены кссдздезаши точности изготовле-кин и монгц.-;Д сборни;: Пйлевобетонных конструкций , исследования аы!ян;м ' погрешностей Геодезических равбивочных к строительно -моиагкых Рі.0ої на усилия в элементах конструкций и иссдедова- различных методов расчета допусков и точности геодезических ра:.?б»іаочних работ .
В пёдрз.РД2Л) 3.1 иглзгзлхся теоретически основы ста-псдачгских исследований точности воаведенид сборнж ?.^леао5етон-ич пслотрукинй .
рлк определения фактической точности технологических процессов Еозьзден./^і сзор;:цх иелезсбэтонкых конструкций рассматривались отлзог.ензи дейстьитольн'.п: размеров геометрические параметров от их прссктких значений .
Статк? ШЧЄ-СЯ7.Й анализ точности выполняется в слодуюш.ей пос-лодоазтелъг,"сти :
- в рееуліТйТй Пьблзсдений получаем вьіборім и определяли
отклоиепия дєйстзііїєліпцх разбор:;-- от номинальных ;
: . - раоачитыаае** статистические характеристики действительной точности параметров в вг.Зэрдах по формулам :
-lilt
2 - ( ni-Xi)/N , (10)
где Пі - частоты ; 1_1
N - объем выборки; к- число интервалов; X - выборочная средняя взвешенная ;
V 2 Пі(хі-х)
m - / Z nj(Xi-x)V(N-l) , (11)
где m - средняя квадратическая погрешность ;
М - m / \/ц , (12)
где М - средняя квадратическая погрешность средней кзадрзтическои погрешности .
При исследовании точности наготовленім конструкций с ограниченным объёмом выборки определялись границы доверительных интервалов для математического ожидания "а" и среднего квадрзтичес-кого отклонения "б" по выражениям :
х - tqni /уИ < а < X + tqm /|/N ; (13)
ra(l-g) < б < m(l+g) , (14)
где tq - нормируемый множитель;
S - g(q,n) - величина , зависящая от объёма выборки к доверительной вероятности.
При исследовании точности монтажа определялось степени» центра группирования . Так как погрешности при монта.ле могут иметь как положительные , так и отрицательные значения , в одинаковой степени вдияющиз на несуцуа способность конструкций гдангл; и соорулений , то эти погрешности можно считать существенно положительными величинами . Однако отнесение отрицательных величин к положительным искажает характер распределения и форму.нормальной кривой , вызывая ее ассиметргао . Значение смещенного центра , при известном центре нормального распределения определяется по формуле ;
Зсм- хФ(Я/іп) + (йті/|/2Л)е , (15)
где Хсм является оценкой генеральной средней Зсм
Доверительный интервал для &си находится по выражению:
Хсм" tcp/VN < аом< Xcu+tqm/l/N . (16)
По величинам частостей Wi , вычисленным для каждого интервала , были построены гистограммы , отображающие эмпирическое распределение исследуемой совокупности .
Кривые теоретических распределений были построены на основании значений вероятности P(xj) по интервалам , соответствующим эмпирическому распределению . Значения вероятностей определялись по таблицам функций Лапласа .
Степень близости эмпирического распределения с теоретическим оценивалась при помощи критериев согласия К.Пирсона и Б.С.Яст-ремского .
В качестве исследуемых сооружений были взяты сборные железобетонные конструкции многоэтажных каркасных зданий в г. Омске.
В результате исследования точности изготовления и монтажа было установлено , что уровень производственной базы по изготовлению элементов на исследуемых объектах ниже нормативного :
Iй объект Дик-27.9 > 10мм, Дир-41.2 > 24мм ;
2й объект Дик-16.92 > 6мм, Дир-35.64 > 20мм. Точность монтажа колонн относительно вертикали для первого
объекта составила: Дкв2Э~18мм<40мм , Дкв4Э~42.0мм<52мм .
На втором объекте : Дквз-22.9Вмм<40мм , Дквб-23.04мм<40мм .
В подразделе 3.4 приведены исследования влияния погрешностей геодезических раабивочных' и строительно - монтажных работ на усилия в элементах конструкций . Для исследования взято трёхпродёт-ное трёхярусное сооружение из унифицированных железобетонных элементов с нагрузками на колонны М - 32 тм, N - 800 т.
Рассмотрено изменение напряжений в бетоне при увеличении эксцентриситета е0 в зависимости от точности строительно - монтажных и раабивочных работ.
Оценка влияния указанной точности на величину напряжений производилась по формуле -.
те - б /6Б , (17)
где 6g- напряжение в бетоне при проектной величине эксцентриситета; 6g- напряжение в бетоне при действительной -величине эксцентриситета.
Результаты этих исследований позволяют выполнить расчет необходимой точности геодезических раабивочных работ с учетом показателей надёжности конструкций гп - 1/Ге
В подраадеде 3.5 выполнены исследования методов расчёта до-
пусков и точности геодезических разбивочных работ на конкретных объектах : четырёхэтажном корпусе приборостроительного завода и восьмиэтажном учебном корпусе медицинского института г. Омска , со сборными железобетонными конструкциями . Допуски и средние квадратические ошибки, полученные в результате расчетов, приведены в табл. 1 и 2, где Дг - допуск на геодезические разбивочные работы ; Дки , Дри - допуски на изготовление колонн и ригелей ; Дкн1э |ДкнЗэ " допуски на смещение низа колонн первого и третьего этажа; Дкв2э > Дкв4э ~ допуски на отклонение колонн от вертикали первого и второго ярусов ; Дрм - допуск на монтаж ригеля; ДвгЗ и Двгб- допуски на передачу разбивочных осей на 3 и 6 этажи. Допуски на геодезические разбивочные работы , полученные при расчетах методами равного и ничтожного влияния имеют заниженные значения , поэтому эти методы могут быть использованы при предварительных расчётах , когда неизвестны конкретные условия технологии возведения сооружения .
При расчетах методом максимума - минимума технологические допуски получены неоправданно завышенными , поэтому их использование привело бы к значительному повышению стоимости и сроков строительства .
Расчёты теоретико - вероятностным методом с использованием различных способов расчета технологических допусков дают различные результаты
В способе попыток, рекомендованном нормативными документами, допуски на изготовление и монтаж берутся из СНиПа .Как показывает практика эти нормы не всегда выполняются, поэтому допуски на геодезические разбивочные работы , рассчитанные по способу попыток получаются без должного обоснования .
Способ равных допусков даёт нормы точности на все технологические операции равными , что не соответствует действительности .
В способе равной точности назначения допусков на составляющие звенья размерной цепи производится по одному из установленных классов точности .
На основании проведенных исследований автором предлагается расчёт допусков на разбивочные работы производить теоретико - вероятностным методом , с использованием способа равной точности и с учётом уровней производственной базы стройиндустрии и технологии строительного производства .
Использование этой методики позволяет рассчитать допуск на
Исследование методов расчета точности. Объект 1
Таблица 1
If*
Исследование методов расчета точности . Объект 2
Таблица 2
разбивку осей более обоснованно , с учетом реальной обстановки .на строительной площадке .
Кроме этого предлагается при назначении норм точности на геодезические разбивочные работы учитывать показатели надёжности конструкций , согласно формул (7),(8),(S).
На основании вышеизложенного можно сделать выводы:
-существующие методы расчета допусков нуждаются в совершенствовании , так как они не позволяют назначать обоснованные нормы точности на геодезические разбивочные работы;
-на основе исследований точности изготовления и монтажа конструкций на конкретных объектах установлено, что наиболее правдоподобные результаты показывает теоретика - вероятностный мзтод с использованием способа равной точности и он может быть использован для дальнейшего совершенствования методики расчета точности геодезических разбивочных работ . Способ попыток или пробных расчетов, являющийся основным при расчете допусков в государственных стандартах не дает механизма рационального распределения допусков между составляющими звеньями размерной цепи;
-исследование точности изготовления и монтажа конструкций на конкретных объектах показали, что уровень производственной база стройиндустрии и уровень технологии строительного производства ке всегда обеспечивают нормируемую точность;
-известные методики расчета точности геодезических разбивочных работ могут быть использованы только в случаях , когда неизвестны конкретные условия строительно-монтажного производства , то есть без учета уровней производственной базы стройиндустрии и технологии строительства;
-разработана методика расчета допусков на геодевические разбивочные работы с учетом уровней производственной базы стройиндустрии и технологии строительного производства. Применение этой методики позволяет рассчитывать наиболее, обоснованные нормы точности на разбивку зданий и сооружений, соблюдение которых способствует повышению качества строительства;
-разработана и экспериментально проверена методика расчета допусков на геодезические разбивочные .работы с учетом показателей надежности конструкций зданий.
Погрешности строительно-монтажных и разбивочных работ в совокупности оказывают влияние на размеры площадок опираній или зазоров -стыкуемых элементов , то есть на величины эксцэнтриситетов
приложения нагрузок и тем самым на надежность конструкций. Поэтому использование показателей надежности конструкций по назначения или ответственности зданий и сооружений в разработанной методике расчета точности позволяет назначать более обоснованные допуски на геодезические разбивочные работы при возведении сборных зданий из унифицированных железобетонных элементов;
-обоснованы нормы точности на геодезические разбивочные работы для конкретных объектов и установлены их соотношения с функциональными допусками (для зданий серии Ш-20/70 Дг- О.ОБДд и для зданий серии 1.020 йг- 0.06ДБ).
