Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующего опыта монтажа мансард зданий 15
1.1. Обзор существующих технологий надстройки мансард 15
1.2. Аналитическая оценка влияния особенностей конструктивных реше-ний домов на организацию и технологию надстройки мансард 25
Выводы по главе 1 32
Глава 2. Теоретическое обоснование оптимальной технологии устройства мансард 33
2.1. Постановка задачи оптимизации конструктивно-технологических решений 33
2.2. Выбор показателей эффективности строительных процессов и определение их весомости при вариантном проектировании 33
2.2.1. Факторы, влияющие на совершенствование технологии надстройки мансарды 33
2.2.2. Методика сравнительного анализа и выбора оптимального варианта технологии надстройки мансардных этажей 40
2.2.3. Выбор оптимального варианта устройства мансардных этажей 42
2.2.4. Выбор технологии устройства мансарды 46
2.3. Оптимизация размеров панели и конструкции мансарды из унифицированных легких панелей 51
2.4. Исследование теплозащитных свойств конструкций мансарды из унифицированных легких панелей 56
2.5. Методика вариантного проектирования надстройки мансардных этажей из унифицированных сэндвич-панелей 62
Выводы по главе 2 72
Глава 3. Технология ускоренного монтажа мансардных этажей 74
3.1. Обоснование технологии устройства мансардных этажей из сэндвич-панелей 74
3.2. Оптимизация технологических решений строительства быстровозво-димых мансардных систем 95
3.3. Средства и методы обеспечения точности монтажа мансард из унифицированных сэндвич-панелей 100
3.4. Комплексно-блочный монтаж мансард из унифицированных сэндвич-панелей 120
3.5. Энергетический метод определения энергозатрат при устройстве мансард 124
3.6. Оценка качества возведения мансард с учетом безопасности возводимых конструкций 131
3.7. Нормативно-технологическое обеспечение процессов возведения мансардных этажей из сэндвич-панелей (хронометражные исследования) 145
Выводы по главе 3 152
Глава 4. Технико-экономическое обоснование эффективности технологии устройства мансард 154
4.1. Технико-экономическое обоснование эффективности технологии надстройки мансардных этажей 154
4.2. Технологичность монтажа мансард из сэндвич-панелей 162
4.2.1. Понятие технологичности 162
4.2.2. Оценка технологичности строительных конструкций 163
4.3. Внедрение технологии надстройки в практику реконструкции жилых зданий 168
Выводы по главе 4 172
Общие выводы 173
Заключение 175
Список использованной литературы 177
Приложения 194
- Аналитическая оценка влияния особенностей конструктивных реше-ний домов на организацию и технологию надстройки мансард
- Выбор показателей эффективности строительных процессов и определение их весомости при вариантном проектировании
- Оптимизация технологических решений строительства быстровозво-димых мансардных систем
- Технологичность монтажа мансард из сэндвич-панелей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Существующие технологии надстройки мансардных этажей жилых зданий характеризуются значительной трудоемкостью, большими сроками выполнения работ и зависимостью от сезонных условий.
В настоящее время отсутствуют скоростные методы и высокоэффективные технологии монтажа мансард, что требует научно-методического обоснования ускоренных способов надстройки мансардных этажей, внедрения прогрессивных конструкций и высокоэффективных технологий.
Учитывая, что установка, выверка и временное закрепление конструкций составляет до 70 % трудоемкости работ, а выверка 50 % времени монтажа, возникает необходимость разработки эффективных методов сборки мансард, обеспечивающих точность и быстроту монтажа покрытий при реконструкции зданий с плоскими крышами, возведение сооружений различного назначения из сэндвич-панелей.
Наиболее эффективным способом достижения этих целей является надстройка зданий, поскольку она, как правило, не требует дополнительных средств на создание или расширение инфраструктуры: инженерных сетей, транспортного обеспечения и культурно-бытового обслуживания. Это позволяет использовать имеющиеся резервы несущих способностей строительных конструкций и элементов зданий, в том числе оснований и фундаментов. При этом значительно экономятся капитальные затраты, рабочая сила и время.
Необходимость решения данной задачи обосновывается следующим:
масштабностью и относительной однородностью фонда жилых домов этажностью 2-6 этажей;
нормативными сроками проведения капитального ремонта зданий; снижением теплопотерь зимой через крыши и устранением протечек через плоские крыши путем надстройки прочной и надежной мансарды;
сокращением стоимости дополнительных помещений, снижением трудозатрат по сравнению с соответствующими показателями традиционного строительства в России и за рубежом.
Анализ опыта реконструкции и надстройки жилых зданий показал, что работы зачастую проводятся без достаточного научного обоснования, рассмотрения всех организационно-технологических факторов и сравнительного анализа альтернативных вариантов производства работ. Большинство из предлагаемых технологий невозможно осуществить в полном объеме без отселения жильцов [19, 27, 33, 64, 88, 170-174, 185].
Недостатками существующих технологий являются зависимость от погодных условий, значительное использование придомовой территории, большая трудоемкость и продолжительность работ, сложность технологий.
Актуальность темы подтверждается статистическими исследованиями в области разработки новых конструкций мансард и способов их изготовления в России за последние 20 лет, которые показывают значительную активизацию работы в этой области (рис. 1.1).
Годы
Рис. 1.1. Динамика увеличения патентов по устройству мансард (глубина поиска 20 лет)
Из сказанного следует, что в настоящее время в России идет значительное увеличение интеллектуальной собственности в области совершенствования производства строительных материалов, внедрение прогрессивных высокоэф-
фективных технологий, модернизация строительного комплекса по надстройке мансардных этажей.
Целью диссертации является разработка ускоренного индустриально-механизированного метода монтажа мансард на основе совершенствования технологических процессов с использованием подъемника-манипулятора, передвижного кондуктора и монтажного оснащения для выверки и закрепления унифицированных сэндвич-панелей, обеспечивающих высокую точность и скорость сборки.
Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи исследования:
патентный поиск и многофакторный анализ существующих технологий мансардного строительства;
разработка информационно-математических моделей оптимизации технологических решений и методики сравнительной оценки способов монтажа мансардных конструкций;
выполнение экспериментальных исследований по моделированию параметров технологических процессов на макетах мансард, узлов сэндвич-панелей и усовершенствованной монтажной оснастки;
разработка новой технологии быстрого возведения мансарды для зданий с плоскими крышами и выбор средств механизации, обеспечивающих необходимую точность сборки монтируемых конструкций, снижение трудоемкости и продолжительности монтажно-сборочных процессов;
выявление зависимостей трудозатрат от объемов работ, продолжительности технологических процессов для различных видов монтажного оснащения;
оценка эффективности разработанного метода монтажа мансард. Методика исследований:
системный анализ и синтез нововведений по надстройке мансард;
патентные исследования и методы решения изобретательских задач;
теоретическое и экспериментальное исследование технологических параметров устройства мансард на макете М1:20, на моделях узлов в М1:1 и в производственных условиях на 4-х объектах;
статистический анализ и использование теории вероятности при обработке данных хронометражных и фотограмметрических измерений;
экспертные оценки технологичности надстройки мансард;
технико-экономическую оценку эффективности новой технологии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
— обоснована и разработана новая индустриальная быстровозводимая
технология ускоренного монтажа мансард из унифицированных ЛМК сэндвич-
панелей, обеспечивающая скоростной монтаж и точность сборки при использо
вании малогабаритных мобильных средств механизации: многофункциональ
ного гидравлического подъемника-манипулятора и передвижных подмостей в
виде монтажной фермы-шаблон;
разработана методика сравнительной оценки способов выверки и крепления сэндвич-панелей с учетом энергетических затрат на монтаж 1 м" покрытия мансарды;
проведена многокритериальная конструктивно-технологическая оптимизация параметров панелей и конфигурации мансарды, предложена классификация методов монтажа мансард и исследованы способы фиксации монтируемых унифицированных элементов на монтажных стендах и моделях в масштабе 1:20 и узлов 1:1;
установлены зависимости трудозатрат, машинного времени и стоимости работ от объемов монтажных работ панельно-кондукторным способом и уровня механизации сборочно-монтажных процессов и сооружений производственного назначения из ЛМК сэндвич-панелей;
предложена модель комплексной оценки технологичности, качества и точности ускоренной сборки быстровозводимых мансард с учетом показателей
надежности и безопасности монтажных процессов;
— разработаны методы и средства технологического обеспечения точности
монтажа мансард из сэндвич-панелей, в том числе: исполнительная монтажная
схема отклонений, пространственная модель полей допусков и таблица нормати
вов точности монтажа мансард криволинейных очертаний;
— установлены условия бездефектной собираемости мансарды, где сумма
фактических отклонений панелей не должна превышать суммарной величины
нормативных допусков сборки в 3-х мерной координатной системе измерения.
Предложена новая технология надстройки мансард ускоренным панель-но-кондукторным методом монтажа сэндвич-панелей мансард с торцов домов, конструктивно-технологические решения, которой защищены: патентом РФ № 2317380 от 25.05.2006 г. и положительным решением на изобретение №2007126882/03(029258) от 04.02.2007 г., а также приоритетной справкой №2008131743 от 31.07.2008 г.
На защиту выносятся следующие результаты научных исследований:
результаты анализа существующих технологий по устройству мансардных этажей жилых зданий;
методика вариантного проектирования надстройки мансардных этажей по критериям: min Т (продолжительности), min Q (трудозатрат), max качества и производительности, max долговечности, min С (стоимости работ);
система оценки качества монтажа мансард на зданиях с плоскими крышами, по предельным допускам, средства и методы технологического обеспечения точности сборки;
результаты исследования технологичности, продолжительности и экономической эффективности надстройки мансардных этажей панельно-кондукторным методом;
технологический регламент устройства мансард из унифицированных сэндвич-панелей.
Достоверность результатов исследования подтверждается современ-
ными методами статистической обработки данных; хронометражними измерениями технологичности операций монтажа мансарды; сходимостью теоретических результатов и экспериментальных данных (95 %) полученных при использовании современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:
в создании и проверке в лабораторных (на макете М 1:20, на моделях М 1:1) и в производственных условиях устройства мансард из сэндвич-панелей. Конструктивно-технологические решения предложенной технологии защищены 2 патентами РФ;
в разработке и внедрении технологического регламента по надстройке мансард в ЗАО «Ленуренгойстрой»;
в разработке технологических карт в составе ПНР и технико-экономическом обосновании полносборного варианта технологии монтажа мансард ускоренным методом на 3-х объектах.
Рекомендации автора использованы при проектировании и разработке проектов производства работ возведения 3-х домов: двух 4-этажных жилых домов с мансардой, поз. 6А, в III квартале МЭЗ г. Новый Уренгой ЗАО «Ленуренгойстрой» и мкр. Строитель, поз. 8 по генплану г. Новый Уренгой ООО «ЯмалЖилСтрой» в 2007 г.; бизнес центра класса «А», Санкт-Петербург, ул. Чайковского, д. 29, лит. А в 2008 г.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований доложены на 57-60-й, 62-65-й научно-технических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов СПбГАСУ, 2005-2008 гг., на межд. симпозиуме «Астана 2005»; 78-й межд. НТК и 9-м межвуз. научно-практ. семинаре СПбВИТУ, 2006-2008 гг., а также на 10-й межд. НПК МГСУ, 2007 г.
Публикации. По тематике диссертационных исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, включенных в список ВАК. По теме диссертации получены 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав,
списка использованной литературы и приложений. Объем работы - 200 стр., в том числе: основной текст — 193 стр., рисунки - 68, таблицы — 50, приложения -7 стр., библиография - 220 наименования.
Обоснование необходимости надстройки мансардных этажей. Обзор
всей литературы по данной проблеме с глубиной поиска 40-50 лет показал, что в конце 40-50-х гг. при восстановлении разрушенных городов и поселков проблема обеспечения жильем в основном решалась путем строительства двух- и трехэтажных домов простейших архитектурных форм из местных строительных материалов. В большинстве старых городов такие дома сохранились до настоящего времени. Они занимают, как правило, престижные, приближенные к центрам городов территории с удобными и надежными транспортными связями, развитой инженерной и социальной инфраструктурой. В то же время плотность застройки таких территорий в 2,5-3 раза ниже современных нормативов.
В 1630 г. французский архитектор Ф. Мансара впервые использовал под-кровельное чердачное пространство для жилых и хозяйственных целей. С тех пор чердачный этаж под скатной крутой изломанной крышей носит название «мансарда» (по имени архитектора).
Мансарда (франц. mansarde) — помещение (преимущественно жилое) на чердаке здания, каждый скат крыши которого состоит из двух частей: верхней пологой и нижней крутой, которые дают мансарде дополнительную полезную площадь, а мансардные крыши увеличивают объем здания. В широком смысле мансарда — это любое помещение, устроенное на чердаке под высокой крышей.
«Этаж мансардный» — этаж, размещаемый внутри чердачного пространства [52, 63, 120].
В нынешних экономических условиях строительство новых домов в объеме до 2 % в год от площадей существующего жилищного фонда обеспечивает компенсацию списываемого по ветхости жилья и частично решает проблему его прироста. Существенного прироста числа квартир для очередников и для коммерческих целей при этом не происходит. Отсюда следует, что потоки инвестиций в новое жилищное строительство и в реконструкцию жилищного фонда, направленные на решение государственных целей, не обеспечивают решения главных задач: интенсивного прироста жилья для всех слоев населения и сохранения жилищного фонда посредством продления жизненного цикла жилых домов путем реконструкции.
Анализ показывает, что целесообразнее более рационально использовать и более плотно застраивать освоенные территории внутри городских границ. Причем реконструкцию жилищного фонда и строительство нового жилья необходимо рассматривать как единый процесс, обеспечивающий наращивание площадей, рост числа квартир, продление жизненного цикла домов, повышение их комфортности и энергоэкономичности.
Решающим фактором успешного осуществления реконструкции и нового строительства является показатель себестоимости. В сметной стоимости строи-
тельства жилья в настоящее время от 20 до 40 % составляет стоимость приобретения или аренды земельного участка под строительство и его освоение.
Реконструктивные работы с надстройкой этажей экономически целесообразны, так как снижают расходы на создание инфраструктуры района застройки, прокладку дорог, инженерных сетей, а также снижают моральный износ зданий и эксплуатационные расходы.
Получили дальнейшее развитие методы и технологии реконструкции зданий различных периодов постройки. Основным положением при разработке методов реконструкции служит задача создания значительных площадей, обеспечивающих свободную планировку помещений. Такая позиция потребовала конструктивно-технологических разработок, базирующихся на использовании широкого шага внутренних стен, большепролетных плит, встроенного безбалочного каркаса, использовании преднапряженных систем и других решений. Такой подход обеспечивает модернизацию планировочных решений на любом периоде эксплуатации зданий в зависимости от изменившихся условий проживания жильцов.
Жилищный фонд городов и поселков городского типа РФ составляет 2,02 млрд м" общей площади с населением более 70 % общего числа. Жилой фонд характеризуется исключительным разнообразием застройки, типов зданий, квартир. Среди различных групп городов процентное распределение жилищного фонда составляет:
крупные города (более 500 тыс. жителей) — 35 %;
большие (свыше 100 тыс. жителей) - 27 %;
средние (свыше 50 тыс. жителей) — 10 %;
малые города - 28 %.
По периодам возведения жилой фонд распределяется следующим образом:
дореволюционные постройки - 6 %;
здания периода строительства 1917-1960 гг. - 24 %;
постройки периода 1961 г. по настоящее время — 70 %.
При этом в жилищном фонде, возведенном в период с 1961 г. по типовым проектам, приходится 20 % на дома, построенные по проектам второго поколения, 15 % — по проектам третьего поколения и около 4 % — по проектам улучшенной планировки.
Анализ зарубежного опыта показывает, что доля затрат на реконструктивные работы составляет 40-60 % затрат на новое строительство. Эти данные подтверждаются многолетним опытом Скандинавских стран (Швеция - 40 %, Финляндия - 51 %), Центральной Европы (Франция — до 60 %, Германия — 30— 40 %, Великобритания - до 60 %). Центр тяжести затрат, как правило, переносится на жилищные объекты как наиболее массовые и в меньшей степени — на здания общественного и административного назначения.
В РФ эти соотношения несколько нарушены. Вопросам реконструкции зданий в период 1930-1995 гг. в нашей стране уделялось недостаточно внимания. Так, основная масса финансирования преимущественно направлялась на новое строительство и только 1,5—3 % средств выделялось на капитальный ремонт, модернизацию и реконструкцию. Результатом такой политики явилось разрастание городов за счет освоения новых территорий и интенсивный моральный и физический износ жилого фонда более старой постройки. По данным Росстроя, требуемый ежегодный объем реконструктивных работ составля-ет более 700 млн м". В то же время темпы реконструкции не превышают 4 % потребности [197].
Известно, что здания старой постройки отличаются сложностью планировки, повышенной высотой этажей. Их плановые габариты нередко образованы из сложных форм с криволинейными контурами. Доля старой застройки в городах постоянно уменьшается. В старых домах размещается менее 9 % всего жилого фонда (в Москве около 12 %, Санкт-Петербурге — 30 %). Именно многие здания старой постройки придают центральной части Москвы и Санкт-Петербурга, как и историческим центрам других городов, неповторимый облик.
Одним из перспективных видов строительства, вызывающих в последние годы большой интерес, является мансардное строительство, завоевавшее признание во всем мире благодаря своей экономичности и оригинальности.
Аналитическая оценка влияния особенностей конструктивных реше-ний домов на организацию и технологию надстройки мансард
Анализ источников показал, что при проектировании и организации реконструкции жилых зданий большое значение имеют конструктивные решения, принимавшиеся при возведении этих зданий [96-97, 118, 131].
Так, в полносборных жилых домах, возведенных с начала массового индустриального жилищного строительства, преимущественно использовались две конструктивные схемы: каркасно-панельная и панельная.
Каркасно-панельная схема предусматривает передачу действующих нагрузок на каркас, который обеспечивает пространственную жесткость и устойчивость зданий.
При панельной схеме действующие нагрузки воспринимают панели внутренних поперечных стен и междуэтажных перекрытий.
Массовое строительство крупнопанельных жилых домов из деталей заводского изготовления в Ленинграде началось с 1959 г. В дальнейшем крупнопанельное домостроение быстро развивалось и в 70-80-е гг. составляло 85 % от всего вновь построенного жилья. В настоящее время в городе около 40 млн м" общей площади жилых домов в крупнопанельном исполнении, в том числе около четверти этого объема в домах первого поколения.
По данным [79], распределение зданий в европейских странах показывает, что более 60-70 % жилого фонда относится к постройкам до 1937-1940 гг. и только 25-30 % - в последующие годы. В Санкт-Петербурге сохранился достаточно обширный жилой фонд по-стройки 1870-1960-х гг., который составляет около 180 млн м ; здания указанного периода можно разделить по уровню планировочных решений на 4 группы. Дома I группы отличаются большой шириной корпуса, которая достигает 13—17 м, большой толщиной кирпичных стен. Во II группу входят секционные дома дореволюционной постройки и первых десятилетий советской власти. Квартиры этой группы предназначались для покомнатного заселения. Площадь квартир достигала 80-100 м с высотой этажа 3,0—3,5 м. Ширина корпусов достигала 10-14 м для двустороннего расположения квартир и 12-16 м - для одностороннего. В III планировочную группу включены дома коридорной и галерейной систем. К IV группе домов относятся здания с беспорядочной (смешанной) планировкой, которые имеют ширину пролета 10-16 м, с расположением комнат смешанной ориентацией и лестничными клетками различных конструктивных решений (выносные, встроенные). Для проектирования и осуществления реконструкции зданий большое значение имеют конструктивные схемы, габариты фундаментов, толщина наружных стен, материалы, применявшиеся при строительстве, и т. д. Здания старой постройки возведены в массе своей по индивидуальным проектам, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности.
Схемы жилых зданий старой постройки выполнялись одно-, двух- и трех-пролетными системами с несущими продольными степами, многопролетными с поперечными несущими стенами и смешанной конструктивной схемы. Представляют интерес размеры пролетов в свету и их повторяемость [43, 48]. Минимальная ширина пролета до 3 м составила около 3 %, от 3 до 5 м -около 50 %, от 5 до 6 м - более 30 %, от 6 до 8 м - 35 %, а более 8 м - 12 %. I Представляют интерес размеры пролетов в свету и их повторяемость [47, 62]. Минимальная ширина пролета до 3 м составила около 3 %, от 3 до 5 м -около 50 %, от 5 до 6 м - более 30 %, от 6 до 8 м - 35 %, а более 8 м - 12 %. Эти данные распространяются на Санкт-Петербург. Что касается менее крупных городов, то распределение показателей существенно различается и характеризуется более однородной частотой повторяемости. Во всех зданиях старой постройки для возведения стен в основном использовался кирпич. Кирпичные здания составляют основной жилищный фонд городов страны. Стены этих зданий в основном выполнены с большим запасом прочности. Перекрытия в кирпичных зданиях встречаются трех типов: деревянные по деревянным балкам; деревянные по металлическим балкам; железобетонные. Иногда в одном и том же здании используются различные типы перекрытий: над подвалом сводчатые из бетона или кирпича по металлическим балкам, междуэтажные перекрытия - деревянные по металлическим балкам, чердачное - деревянное по деревянным балкам. Перекрытия, как правило, имели значительные запасы толщины и массы. В первые годы городской застройки их толщина достигала 45-50 см, к середине XX в. она снизилась до 25—30 см, в настоящее время составляет 15-22 см. Это является следствием научно обоснованного учета свойств материала и работы конструкций, а таюке использования сборных и монолитных железобетонных элементов. Толщина и масса перегородок была на 40-50 % больше, чем в настоящее время, что повышало их изоляционные качества. Более массивными были сечения коробок и переплетов окон и дверей.
Приведенные сведения дают полное представление о конструктивных элементах зданий и динамике их изменения. Для 76,1 % зданий толщина наружных стен составляет от 60 до 90 см и только 15,5 % - менее 50 см. Толщина внутренних несущих стен от 40 до 60 см составляет 59,8 %. Преобладающим размером пролетов перекрытий является диапазон 6-8 м, который составляет 60,5 % и только 16,3 % - более 8 м. Около 90 % зданий имеют высоту этажа от 3 до 4 м. При этом в диапазоне высот 3,2-3,6 м находится 50,7 % зданий.
Выбор показателей эффективности строительных процессов и определение их весомости при вариантном проектировании
Из-за большого разнообразия жилых зданий решение оптимального выбора вариантов проектирования может быть достигнуто по следующим пунктам: принцип строительства, вид и конструкция мансарды, технология, организация и механизация работ по его устройству.
Каждый вариант, участвующий в нашем случае в сравнении, описывается множеством различных характеристик, таких как показатели эффективности, частные критерии оптимальности и др. Выбор делается с учетом большого количества частных критериев оптимальности, т. е. возникает необходимость решения многокритериальной (многоцелевой) задачи. В решении таких задач основная трудность заключается в разных единицах измерения критериев, поэтому необходимо устранить полидименсию и перейти к безразмерным единицам.
Далее определяем весомость (значимость) критериев оптимальности, при этом устанавливается степень важности каждого из показателей. Применяя какой-либо метод многокритериальной оценки и многоцелевого выбора, определяется ряд предпочтительности из-за того, что они имеют различную физическую природу и, как следствие, различную размерность.
При определении ведомости показателей эффективности на основе энтропии разноразмерные показатели приводятся к такому виду, чтобы наилучшей величиной каждого показателя являлась бы наибольшая. Такое преобразование может быть осуществлено по формулам (2.1), (2.2). Блок-схема алгоритма определения весомости показателей эффективности на основе энтропии Определение весомости показателей эффективности может выполняться методом экспертных оценок. В этом случае вычисления показателей эффективности выполняются в матричной форме. Сравнение показателей эффективности производится попарно, чтобы установить в каждой паре наиболее важный (значимый).
В матрицу парных сравнений (МІ) все показатели эффективности записываются дважды в одном и том же порядке: в верхней строке и в крайнем левом столбце. Эксперты проставляют оценку на пересечении строки (/") и столбца (г) для двух сравниваемых показателей эффективности, если показатель эффективности в столбце более предпочтителен, чем в строке, то ставится 1, в противном случае 0. Главная диагональ матрицы не заполняется: на ней проставляются 0 или прочерки.
Во второй матрице (М2) даны результаты ответов всех экспертов, принявших участие в экспертизе. В этой матрице приводится процентное отношение (доля случаев), когда показатель эффективности і является более значимым по сравнению показателем от общего количества полученных оценок.
Для разработки конкретных новых усовершенствованных технологий надстройки мансардных этажей на основе полученных теоретических моделей был проведен экспертный опрос специалистов в соответствии с существующими типовыми методиками, изложенными в трудах [53-56, 215].
В результате исследования нужно было решить две научные задачи: во-первых, выявить факторы, влияющие на совершенствование разрабатываемой технологии; во-вторых, оценить приоритетность, важность, данных факторов влияния.
В качестве экспертов-специалистов были определены главные инженеры строительных управлений, преподаватели высших строительных учебных заведений и научные сотрудники. Исследование проводилось методом анкетирования с проверкой согласованности и достоверности экспертных оценок и выявление весомости выявленных факторов влияния.
Как видим, в таблице выявлена система факторов с их весомостью. Это означает, что именно эти факторы, по мнению специалистов, формируют ценность способов надстройки мансардных этажей с учетом конкретно существующих архитектурных, градостроительных, технологических и экономических показателей жилых домов в Санкт-Петербурге.
Результаты весомости (см. табл. 2.1) свидетельствуют, что к наиболее значимым факторам из общей совокупности следует отнести четыре фактора влияющих на совершенствование технологий надстройки мансард: выселение жильцов; трудозатраты по монтажу; стоимость м2; время монтажа; Таким образом, перечисленный перечень факторов отражает те из них, которые следует в первую очередь развивать для разработки новой технологии надстройки мансардных этажей. Эти значения весомости факторов могут служить научно обоснованной базой для формирования конкретных технологических, организационных, конструктивных и планировочных решений.
Метод определения предпочтительности вариантов на основе критерия близости к идеальной точке заключается в отклонении вариантов решений от так называемого идеального варианта, составленного из лучших показателей эффективности сравниваемых вариантов.
При использовании указанного метода на основе обобщенного критерия К необходимо учитывать, что большее значение какого-либо показателя всегда лучше, чем меньшее значение этого лее или же хуже. Это зависит от возрастания или убывания функции полезности. Все показатели должны быть кардинальными (числовыми). Если имеются ординальные (качественные) показатели, то они должны быть квантифицированы. Кроме того, должны быть назначены (определены) величины весомости показателей эффективности или же приняты равноценными.
Оптимизация технологических решений строительства быстровозво-димых мансардных систем
Выбор оптимального решения представляет в данном случае научную задачу, которая может быть решена на основе вариантного проектирования по выбору рациональных схем реализации полного производственного цикла возведения БМС и оптимального решения из множества возможных вариантов (рис. 3.13). Необходимость увеличения точности монтажа зданий и сооружений вызвана следующими причинами: увеличением этажности и возрастанием эксплуатационных нагрузок от собственного веса конструкций; увеличением усилий в конструктивных элементах зданий, вызываемых погрешностями монтажа, необходимостью экономии материалов на изготовление несущих конструкций, так как учет монтажных погрешностей, которые приходится производить проектировщикам, приводит к увеличению поперечных сечений конструкций и перерасходу материалов; необходимостью уменьшения дополнительных работ по исправлению брака, допускаемого при сборке конструкций, связанного с большими погрешностями монтажа; обеспечением возможности гарантированной полной собираемости мансард, без чего невозможен переход к более совершенным индустриальным методам монтажа, позволяющим более полно механизировать и автоматизировать процесс сборки.
На конечную точность установки конструктивных элементов здания оказывают влияние следующие факторы: погрешности первоначальной установки и выверки элементов; погрешности, вызванные сваркой стыков при изготовлении панелей в заводских условиях; приложение монтажной нагрузки от конструкции, влияющее на установленный элемент; погрешности деформаций после снятия устройств для временного крепления.
Погрешности первоначальной установки, в свою очередь, включают погрешности: изготовления конструкций, разливочных геодезических работ, изготовления и установки монтажного оснащения при регламентированных процессах.
Основным конструктивным элементом каркасов является панель. Поэтому геодезический контроль вертикальности укрупненных блоков, состоящих из панелей, является наиболее ответственным и осуществляется при помощи двух теодолитов, один из которых устанавливается в плоскости продольной оси, другой - в плоскости поперечной оси здания.
С помощью системы осевых точек, разбивочных осей и рисок на гранях панелей осуществляют контроль вертикальности элементов. В процессе производства работ составляют исполнительные схемы планово-высотного положения всех монтируемых конструкций, которые способствуют достижению необходимой точности и собираемости каркаса мансарды.
При составлении исполнительных схем расчетом определяют суммарные характеристики точности замыкающих цепей конструкций и их элементов, в которых компенсируются погрешности технологических операций и процессов. Задача сводится к определению функционального допуска установки элементов каркаса по известным значениям технологических допусков каждого. Последние определяются в трех измерениях: продольном, поперечном и вертикальном.
Учет погрешностей монтажа позволяет определить возможную долю дефектов в работе и, при необходимости, наметить мероприятия по повышению точности геодезических работ, применению контрольно-измерительных приборов необходимых классов точности, совершенствованию средств монтажного оснащения, введению дополнительных фиксаторов и ограничителей.
Порядок выполнения расчета точности монтажа: 1) вычерчивается эскиз конструкции или отдельных узлов; 2) устанавливается технологическая последовательность монтажа элементов и монтажные ориентиры, в качестве которых используются грани или оси элементов, а при ограниченно-свободном монтаже - ограничивающие устройства, количество которых должно быть достаточным для обеспечения заданного пространственного положения элемента; 3) проводится анализ составляющих звеньев цепи погрешностей и разрабатывается структурная схема полей допусков, обозначаемых прямоугольниками; каждому допуску присваивается буквенный индекс; 4) решается уравнение точности, устанавливаются величины технологических допусков, вводимых в уравнение. Основным параметром точности при монтаже конструкции мансард из унифицированных сэндвич-панелей является допуск не вертикальности. Низ укрупненного блока мансарды, состоящий из панелей, устанавливают в соответствии с рисками, а верх — с использованием теодолита. Основными параметрами точности сборки плоских конструкций являются допуски длины опирання, отклонения зазоров в углах сопряжения, являющихся компенсаторами накопленных погрешностей при монтаже панелей.
С учетом классов точности определяют значения отклонений и допусков для каждого узла каркаса. По данным расчета строится схема полей допусков. Предельные отклонения при монтаже сборных металлических конструкций жилых зданий не должны превышать величин, установленных СНиП. Для измерений, выполняемых в процессе и при контроле точности изготовления и установки панелей мансарды, а также при контроле точности разби-вочных работ принимают К - 0,2. Для измерений, выполняемых в процессе производства разбивочных работ, К = 0,4. При выборе методов и средств измерения следует учитывать необходимость обеспечения минимальных затрат на выполнение измерений и их обработку и наиболее полного исключения систематических погрешностей. Средства и методы измерений при монтаже мансард из сэндвич-панелей. Измерения зазоров, уступов, глубины опирання, эксцентриситетов производятся в характерных местах, влияющих на работу стыковых соединений. Средства и методы измерений приведены табл. 3.7.
Технологичность монтажа мансард из сэндвич-панелей
Основная задача монтажной технологичности устройства мансард состоит в конструктивной и технологической подготовке производства монтажных работ, обеспечивающей их высокий технический уровень при минимальных затратах материалов, времени, труда и стоимости. Важнейшими признаками, характеризующими монтажную технологичность сборных конструкций, являются: равновесность; конфигурация монтажных элементов, их крупноразмерность и заводская готовность; рулонирование; блочность конструкций; положение и точность опорной поверхности фундаментов; точность изготовления конструкций; простота монтажных стыков; наличие в конструкциях фиксирующих и ориентирующих деталей; стоимость укрупнения конструкций на заводе Суз значительно ниже стоимости укрупнения на монтаже Су.м. 1 \ \ 4 V V у/ \ ч 0 -0,25 Су. 30
Целесообразность укрупнения конструкций на заводе зависит от дальности транспортирования элементов. Как показывают расчеты, укрупнение ферм, балок и колонн до целых элементов (вместо расчлененных отправочных элементов — половинок ферм, балок, панелей, колонн) имеет технико-экономическую целесообразность при определенной дальности перевозки. С увеличением расстояния перевозки экономическая выгодность укрупнения отправочных элементов на заводе снижается.
С увеличением размеров и массы конструкций удельная трудоемкость их установки (рис. 4.2), во всех случаях уменьшается. В тех случаях, когда конструкции поставляют в виде отправочных марок, их следует укрупнять на монтажной площадке.
В связи с укрупнением конструкций значительно сокращается количество верхолазных работ и, следовательно, вероятность несчастных случаев. Поэтому принцип укрупнения является важнейшим условием улучшения технико-экономических показателей индустриального строительства из сборных конструкций. Вполне очевидно, что при прочих равных условиях вследствие уменьшения количества монтажных элементов и стыков повышается надежность (вероятность работы в соответствии с заданными требованиями) укрупненной конструкции, так как вероятность выхода из строя системы уменьшается по мере уменьшения количества элементов.
Технологичность строительных конструкций определяется многими факторами, отражающими их проектирование, производство и эксплуатацию. Между этими факторами, как и между свойствами конструкций, всегда существует взаимосвязь. Улучшение одних свойств технологичности может вызвать ухудшение других. Конструкция может соответствовать требованиям технологичности на одной стадии и быть нетехнологичной на другой. Поэтому технологичность строительных конструкций следует оценивать с учетом их изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. В каждом конкретном случае должна быть выявлена качественная взаимосвязь свойств конструкции, влияющих на ее создание или работу на каждой из этих стадий. Зная эту взаимосвязь, выполняют качественную проверку соответствия конструкции требованиям технологичности. Для количественной оценки технологичности следует определить показатели, характеризующие операции, процессы, затраты труда, материалов (предметов) и средств труда. Эти показатели могут быть частными и общими. Технологичность определяют сопоставлением показателей сравниваемой конструкции с показателями типовой либо сравнением вариантов новых конструкций между собой.
Частные показатели. Частными показателями монтажной технологичности являются: коэффициент равновесности конструкций; степень укрупнения конструкций; коэффициент блочности конструкций; степень заводской готовности конструкций; число процессов и операций, подлежащих выполнению, или их отношение; степень технологичности монтажных стыков.
Показатели равновесности, модульность и степени укрупнения конструкций отражают монтажную технологичность всего сборного сооружения. Коэффициент блочности может характеризовать технологичность как сооружения, так и конструкции. Остальные частные показатели дают представление о монтажной технологичности отдельных сборных конструкций. Коэффициент равновесности выражается отношением средней массы элементов монтируемых конструкций к максимальной. Чем выше этот показатель, тем выше уровень использования грузоподъемности кранов, тем эффективнее монтаж.
В качестве показателя технологичности при сравнении двух вариантов: проектного варианта и наиболее часто сейчас используемого — устройства мансарды из легкого С-го профиля, принято число процессов и операций, подлежащих вьшолнению. Очевидно, что при других равных условиях технологичным будет решение с меньшим числом процессов и операций. Например, сборную мансарду изготовляют из унифицированных сэндвич-панелей полной заводской готовности, соединяемых болтами, либо поэлементно из легкого С-го профиля, утеплителя, несущего каркаса, паро- и гидроизоляции, обрешетки, монтаж саморезами. По количеству процессов более технологичным будет первое решение. Е
Разработанные в результате диссертационного исследования технологические решения внедрены в практику строительства жилых зданий в Санкт-Петербурге в 2007-2008 гг. При строительстве 4-этажного жилого дома с мансардой, мкр. Строитель, поз. 8 по генплану города Новый Уренгой ООО «ЯмалЖилСтрой» был использован Патент РФ № 2317380 от 25.05.2006 г. Экономический эффект от внедрения составил 49,3 тыс. руб. Акт об использовании результатов исследования приведен в приложении диссертации. При строительстве 4-этажного жилого дома с мансардой, поз. 6А, в III квартале МЭЗ города Новый Уренгой ЗАО «Ленуренгойстрой» был использован Патент РФ № 2317380 от 25.05.2006 г. В результате внедрения экономический эффект от внедрения составил 250 тыс. руб. Акт о внедрении результатов исследования приведен в приложении диссертации.
