Исследования влияния точности геометрических параметров монтажа на надежность элементов каркасов одноэтажных производственных зданий Парасонис, Иосиф Исаакович

Введение к работе

Актуальность проблемы заключается в том, что качество изготовления сборных железобетонных конструкций и их монтажа не соответствует требованиям нормативных документов в части соблюдения точности геометрических параметров, однако в практике проектирования ото не учитывалось и влияние на несущую способность и надежность, а также причины этого не били известны.

Целью работы являлось изучение действительной точности геометрических параметров монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных производственных зданий, разработка методологии по оценке её влияния на усилия в элементах каркаса и их начальную надежность, обоснование нормируемых величин допускаемых отклонений.

Это потребовало решения следующих задач:

- установить действительные значения геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций и законы их распределения;

выявить причины низкого качества геометрических параметров монтажа;

разработать систему мер по обеспечению нормируемой точности геометрических параметров монтажа;

выявить и научно обосновать значения случайных эксцентриситетов из-за возможного взаимного смещения сборных конструкций при монтаже, а также величины коэффициентов точности монтажа, которые следует учитывать при расчете прочности колонн и фундаментов одноэтажных производствешшх зданий от воздействия на них сжимающей продольном силы;

разработать методику расчета области допустимых парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в косо внецент-ренно сжатых колоннах, исходя из их несущей способности;

разработать методику расчета характеристики предельной несущей способности косо внецентренно сжатого сечения;

выявить влияние точности монтажа конструкций покрытий на распределение усилий в колошах;

разработать методику расчета опытных величин дополнительных эксцентриситетов продольных сил в колоннах, возшкащих из-за неточностей монтажа;

выявить влияние точности геометрических параметров монтажа на нагрузки, передаваемые на фундаменты, и на величины давлений на основание;

разработать методики по оценке влияния на начальную надежность колонн и фундаментов точности геометрических параметров монтажа;

разработать методические подхода к оценке влияния на начальную надежность каркасов (как плоских рамных систем) точности геометрических параметров монтажа;

отработать методические принципы назначения и дать величины допускаемых отклонений по точности геометрических параметров для монтажа элементов каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций;

внедрить полученные результаты.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые на основании 12642 контрольных замеров получена исчерпывающая информация о действительной точности геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций; выявлена обеспеченность нормируемых значений допускаемых отклонений; научно обоснованы значения случайных эксцентриситетов из-за возможного взаимного смещения сборных элементов, а также коэффициенты точности монтажа, которые следует учитывать при расчете колонн и фундаментов на воздействие продольной сжимающей силы. Разработана методология оценки влияния точности геометрических параметров монтака на величины нагрузок, передаваемых на колонны и фундаменты, на начальную надежность колонн и фундаментов, даны предложения по назначению величин допускаемых отклонений на геометрические параметры монтажа и их значения.

Практическая ценность результатов диссертации заключается в том, что на основе действительного уровня точности геометрических параметров монтажа рассмотрен и решен комплекс вопросов, обеспечивающий развитие и совершенствование практики проектирования, возведения и эксплуатации, а также осуществления поверочных расчетов (при обследовании либо реконструкции) каркасов одноэтажных производственных здании из сборных железобетонных конструкции.

Полученные результаты имеют также важное социокультурное значение, так как массовое несоответствие практики ведения монтажных работ требованиям нормативных документов в части соблюдения точно-

4 сти геометрических параметров и при этом успешная эксплуатация таких зданий впоследствии не стимулировали повышения качества монтажа.

К числу защищаемых автором результатов относятся следукщие.

1. Данные по действительной точности геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций, статистики их распределений.

2. Система мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров монтажа конструкций каркасов из сборных железобетонных элементов.

3. Значения случайных эксцентриситетов из-за взаимного смещения элементов, а таете величины коэффициентов точности монтажа для расчета прочности колонн и фундаментов каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций от воздействия на mix сжимающей продольной силы.

4. Методика расчета области допустимых парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в колоннах, исходя из их несущей способности.

5. Методика оценки несущей способности косо внецентренно сжатого сечения посредством характеристики предельной несущей способности и значения характеристик предельной несущей способности, полученные для вариантов классов бетонов и армироваїшя, "накрывающих" подавляющее большинство типовых колонн квадратной и прямоугольной форм сечений.

6. Методика расчета допускаемых значений дополнительных к проектным эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия на колонны и для ряда типових колонн полученные значения этих эксцентриситетов.

7. Методика расчета дополіштелмлюс нагрузок, передаваемых на фундамент и основание, из-за неточностей монтажа, возможные пределы их изменения.

8. Оценка влияния на начальную надежность колоші точности геометрических параметров монтажа.

9. Оценка влияния па начальную надежность фундаментов точности геометрических параметров монтажа.

10. Предложения по оценке влияния на начальную надежность карісаса как плоской рамной системы точности геометрических параметров монтажа.

11. Методика назначения величин и значения предельных допускаемых отклонении па монтаж сборных железобетонных г.опструпнш каркасов одноэтажных производственных зданий.

Апробация полученных результатов. Материалы диссертации докладывались на постояшшх семинарах "Проектирование и расчет строительных конструкции" в 1908, 1989, 1990 годах и "Перспективы развития строительных конструкции" в 1991 г. в Ленинграде, па Бессоюзной конференции "Проблемі оптимизации п надежности в строительной механике" (Вильнюс, 1988 г.), республиканских конференциях и семинарах (Вильнюс, ВИСИ, 1987 г., Куйбышев, КуПСП, 1987 г., Вильнюс, ИПКСІК при СМ ЛССР, 1989 г.), нашли отразимте в Республиканских строительных нормах РСІІ 100-87, ГСП 118-09 и проворены в экспериментальном строительстве. Разработанная система мер по обеспечению нормируемой точности геометрических параметров монтажі отмечена в 1990 г. Серебряной медалью ДЩК. СССР.

Под руководством автора в выполнении контрольных замеров геометрических параметров пршшмали участие к.т.н. Л.Двоскина, к.э.н. К.Мажейка, к.э.н. Б-Мольникас, инженеры Ю.Макаускене, Д.Шимене, в машинной обработке дашшх и расчетах конструкций на ЭВМ - инженеры'

A. Каволшаііте, П.Шостакене.

Реферируемая диссертация посвящена изучению влияния точности геометрических параметров монтажа на начальную надежность элементов каркасов одноэташшх производственных здшшй из сборных железобетонных конструкций. Основними объектами исследований были геометрические параметры точности монтажа, колонны и фундаменты.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов.

Структурно диссертация построена таким образом, чтобы на основе исследования действительной точности геометрійеских параметров монтажа выявить возможные изменения усилий в колоннах, в нагрузках, передаваемых на фундаменты и основание, оценить влияние на начальную надежность колонн и фундаментов, затем обосновать величины допускаемых отклонений, взаимоувязав с возможностями производства шнтажшх работ и начальной надежностью элементов.

Первая глава посвящена обзору исследований в области статических расчетов каркасов одноэтажных процзводствешшх зданий из сборных железобетонных конструкций, учета в проектировании точности геометрических параметров изготовления и монтата, методов теории надежности в расчетах элементов каркасов из сборных железобетонных конструкций.

Условности статических расчетов каркасов одноэтажных произ-водствешшх зданий являются следствием допущений, принимаемых в процессе проектирования, в целях упрощения расчетных выкладок. Одншсо, тлеются результаты исследований, благодаря которіял реально возможно осуществлять более точные расчеты, что пока в практике проектировашш используется недостаточно. Наиболее широко и полно вопросы действительной работы сборных железобетонных конструкций и узлов их сопряжения каркасов одноэтажных производственных зданій

7 исследованы под руководством В.Л.Клввцова. Большой вклад в исследованиях этой направленности внесен также В.II.Байковым, Г.Н.Еер-дичевским, Б.Ф.Васильевым, Р.А.Гершанком, А.Я.Глушашювіш, Я.Н. Гуревичем, Н.Л.Маркаровым, Т.М.Пецольдом, Л Я.Розенблшом, Э.Е. Сигаловым, И.К.Синаші, СГ.Стронгиным, Л.Б.Шиловым и др.

Совершенствование методов расчета каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций осуществляется по нескольким направлениям:

развиваются традиционные методы расчета каркасов itaic упругих, линейно деформируемых систем, при этом неупругие свойства материалов, продольный изгиб, длительность нагружения учитываются дополнительно;

совершенствуются методы расчета каркасов по деформированной схеме как упругих, нелинейно деформируемых систем с непосредственным учетом геометрической и физической нелинейности;

учет в расчетах каркасов податливости узлов сопряжения сборных железобетонных конструкций, а также совместной работы с диском покрытия на вертикальные и горизонтальные воздействия.

Имеется ряд работ, посвященных исследованию изменчивости гео-мбтрических параметров сборных железобетонных конструкций ісак при изготовлении, так и при монтаже. Это работы В.Л.ІОіевцова, М.Г.Ко-ровицкой, Г.Д.Костиной, Л.С.Лнчсва, Г.С.Митника, Ю. Л.Самарина, В.Б.Сно, Ю.В.Столбова, B.C.Ситника и др. По изготовлению сборных железобетонных конструкций имеются данные и по конструкциям, применяемым в одноэтажных производственных зданиях, однако по монтажу такие данные были в основном для каркасов из стальных конструкций. Несмотря на тлеющиеся в отдельных работах рекомендации по учету изменчивости некоторых геометрических параметров (защитных слоев бетона, размеров сечений), в практике проектирования ото но учитн-

валось, а влияние на надежность считалось в большинстве случаев несущественным. Ото объясняется тем, что при этом имелись в виду прежде всего геометрические параметры размеров сечений элементов, а влияние точности геометрических параметров монтажа из-за отсутствия необходимых данных просто не обсуждалось. Отсутствие таких данных существенно затрудняло и поверочные расчеты при реконструкции действующих предприятий, так как не позволяло достоверно судить о распределении усилий в элементах каркаса.

Благодаря широким исследованиям в области теории надежности за последние четыре десятилетия били разработаны методы оценки надежности стронтелышх конструкций с учетом статистической природы внешшіх воздействий и сопротивлений конструкций (сооружений). Существенный вклад внесли исследования Б.В.Болотина, Л.Л.Гвоздева, И.И.Гольдепблата, В.М.Келдыша, М.Б.Краковского, А.П.Кудзиса, Л.С Лычева, В.Н.Мастачешсо, В.Д.Райзера, Л.Р.Ржаницына, Н.Н.Сюгаднева, Б.И.Снарскиса, К.Э.Таля и др. В начале игнорировался фактор времени, поэтому можно было говорить о начальной надежности. В дальнейшем в работах В.В.Болотина и других авторов был использован более общий подход.

Обычно различают три уровня методов оценки надежности. Первому уровню соответствует подход, когда в методе предельных состояний используется полная система частных коэффициентов, а именно: коэффициент надежности по нагрузке ( \± ), коэффициент надежности по материалу ( Y_m ), коэффициент точности ( Jq, ), коэффициент условий работы ( U ), коэффициент ответственности ( \п ). Степень достоверности оценки зависит от степени достоверности значений этих коэффициентов. Второй уровень - это, когда надежность проверяется только в определеішой точке (точках) на грашще області отказа и требуется знание лишь средшіх значенші, стандартных откло-

9 нений и дисперсій сопротивлений и воздействий. При этом определяется так называвши индекс надежности (расстояние от центра распределения до границы области отказа). Третий уровень предполагает, что все неопределенности расчета содержатся в совместной плотности вероятности пространства исходных случайных величин, которая известна, а ото в практике строительного проектирования из-за недостатка исходных данных почти не имеет места.

В рамках рассматриваемых в диссертации вопросов особый интерес представляет коэффициент точности \с, , учитывающий возмоя-ние неблагоприятные отклонения значений геометрических характеристик. На этот коэффициент умножается нормативное значение геометрической характеристики для получения её расчетного значения.

Методы теории надежности содержали предложения по их применению в расчетах отдельных элементов каркасов из сборних железо-бетошшх конструкций, а именно, изгибаемых и внецснтренио скатых, однако изменчивость геометрических параїлетров не принималась во внимание. Не было исследовано и влияние точности геометрических параметров монтажа на начальную надежность плоских рамных систем каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций.

На основании проведенного анализа в первой главе диссертации сформулированы задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию действительной точности геометрических параметров монтажа сборних железобетонных конструкций каркасов одноэтажных производственных зданий.

Уровень качества монтажа определяется посредством контрольных замеров геометрических параглетров па 20-ти построенных либо строящихся объектах в разных городах Республики. Основіше дашше об обследованных объектах данн в 1-й таблице.

Таблица I

Основные даннне об обследоваюшх объектах

і. и {Число пролетов;Тип стро-jВисота от

здания ' ' іпильной і пола до

одсітиі—{поперек і вдоль {конструк-ршза стро-
! jсредние і здания jздания{ции {пильной

і ряд" і і і {конструк-

j І j j JIPM

Шифр! объ-!

объ- „„„„„„„! вдоль
,поперек,—^

{здания {крайние

j і ради

Шаг колони, и

Отклонения положения колоші от разбнвочних осей зданий, от-мотки низа стропильных (подстропилышх) конструкций и подкрановых балок, зазори мсзду их торцами, отклонегаш колонн от вертикали, положение стропильних (подстропилышх) ферм, подкрановых балок па опорных площадісах, дчшщ площадок огаїратія плит покрытия замерены с точностью ±0,001 и, пролеты в свету - ±0,005 м.

Результата наблюдений по определенному параметру конкретного объекта рассматривались в качестве выборки генеральной совокупности этого параметра по объекту в целом. При обработке датшх об определенном параметре серии выборок по отдельным объекта:.! рассматривались как независимые частичные совокупности. Осуществлялись оценки соответствия действителышх распределений нормальному, а такяе расховдений между среднтли значеїттли частичных совокупностей и объединенной выборки с помощью t- распределенная Стыодеита. Частичные совокупности, для средних значений которых расхоаденпе было значимым, в объединенную выборку не включались. Уровни значимости для двустороннего критерия принимались для вероятности 0,05.

Статистический анализ точности осуществлялся согласно требованиям ГОСТ 23615-79, 23616-79. Дополнительно в соответствии с Рекомендациями ЦНИИ0ШЇЇ подсчитнвались коэффициент исполнения, коэффициент смещения и возможная доля браіса. Характеристики точности определялись в соответствии с требованиями ГОСТ 21770-81, а оценка точности по классам производилась по ГОСТ 21779-82. Обработка дашшх методами математической статистики осуществлялась по специально разработанной программе на ЭВМ М5І00.

На рис. I представлены многоугольники распределений точности геометрических параметров монтажа по объединенным выборкам, а также основные данные о статистиках этих распределений.

Наиболее низкое качество монтажа зафиксировано по двум параметрам: отклонениям колонн от разбивочных осей в нижнем сечении (1а) и отклонениям продольных осей стропильных конструкций от продольных осей опорных площадок (1г). Для них размахи, рассчиташше по опытшм данным, превышают нормируемый допуск до 17 раз. Возможная доля брака по первому параметру в объединенной выборке дости-

Vo «м ^ <м *

? ч « s *^>

№

-її

»> '&ГЇ* I

if* в

«vp

,1 Ї } I

On <М > У) І0

U) "І" ^ уз- tf)

CM І

,u

<Г О Q" С v-

^^it^vfce

О

9 О S K\>6\>,

&

_I

to SO

c>

_{I 4 f}

I ^ ** ^

¹⁴¹ < ~- ел⁴ 4)

*3^

FS

ї?

*ч

CM V) 4) CK W On

^{44 Ч)} 4 » и

У

^

5!

ІЗ гаст 64$, а по второму - 73$. Очень низкое качество этих двух параметров расходится с результатами проведенных Л.Ф.Котловым исследований металлического каркаса, согласно которым наиболее низким качеством отличается параметр точности установки колонн в вертикальной плоскости. В наших исследованиях качество монтажа колонн по параметру отклонения от вертикали оказалось наиболее высоким. Отмеченное расхождение объясняется спецификой производства монтажных работ.

Благодаря качественной установке колонн в вертикальной плоскости существенные по сравнению с требованиями норм отклонения колоші от разбивочних осей в шшіем сечении не оказывают большого влияния на качество установки стропильных конструкции на опорные площадки. Значительные отклонения продольных осей стропильных конструкций от продольных осей опорных площадок объясняются неэффективностью применяемых в процессе монтажа методов контроля качества.

Обобщешшй анализ геометрической точности монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных производствешшх зданий на основе объединенных выборок показывает, что па геометрическую точность установки колонн в верхнем сечении, а впоследствии и на длины площадок опирання стропильных конструкций решающее влияние оказывает точность установки колонн в нижнем сечешш относительно разбивочних осей здания. Существенное превышение допусков несоосности продольных осей стропильных конструкций и опорных площадок наряду с другими причинами является результатом некачественной установки стропильных конструкций в плане (пропеллсриость на исследованных объектах для ферм пролетом 24 м достигает 148 мл, для балок пролетом 18 м - I3G мм).

Значительные величины отклонений продольных осей стропильных конструкций от осей опорних площадок и разброс опытных данных по отому параметру дают основание утверждать, что вполне реальны случаи, когда дайны площадок опирання плит покрытия недостаточны. Анализ позволяет предположить, что решающими для обеспечения надежного опиранш плит покрытия факторами являются геометрическая точность установки колоші в нижнем сечении, а также соблюдение соосности продольной оси стропильной конструкции и опорной площадки, так іак действительные отклонения положения разбивочних осей от проектных незначительны.

В целом осуществленные нами исследования подтвердили существенные расховдоіпк практики ведения монтажных работ с требованиями нормативних документов в части соблюдения точности геометрических параметров. Это потребовало дополнительных исследований по выявлению причин низкой точности геометрических параметров монтажа и влияния на начальную надежность элементов каркасов действительной точности геометрических параметров монтажа.

Геомотричесісая точность монтажа сборных железобетонных элементов зависит от применяемых его методов (свободный, ограниченно свободный, принудительный), способов контроля его качества (визуальный, геодезический, с помощью шаблонов), а также механизмов и инструментов (приспособлений), используемых для выверки и временного закрепления конструкций. Нормативное обеспечение геометрической точности регламентируется соответствующими документами (строитольиши нормами и правилами, государствегашми стандартами, рекомендациями, инструкциями, типовыми технологическими картами). Анализ требований нормативных документов к обеспечению геометрической точности монтажа сборных железобетонных элементов каркасов одноэтажных промышленных зданий выявил их несогласованность друг

15 с другом, что подробно обсуждено в диссертации.

В целях обеспечения точности геометричесглх параметров монтажа на основе проведенных исследований и при нашем участил били разработали республиканские строительные нормы РСН 100-87, утвержденные Государственным строительным комитетом Литвы. В их основе лежит принципиально новый подход к организации и геодезическому обеспечению контроля качества монтажа сборных железобетонных конструкций каркасов одноэтажных промышленных здании, при этом основное внимание уделяется операционному контролю. \

При контроле, осуществляемой в процессе производства работ по значениям допускаемых отклонений для этой стадии, проверяются 14 параметров и результаты фиксируются на геодезических исполнительных схемах. По окоіпании монтажа каркаса в целом осуществляется приемочный контроль, при этом контролируются лишь три параметра (вертикальность колонн, длины площадок опирання стропильных (подстропильных) конструкций и плит покрытия), проверяя нс менее 10% от общего числа элементов (узлов). Приемочному контролю подвергаются в основном те элементы (либо узлы), точность установки которых на стадии операционного контроля была ниже других или отклонения которых обнаруживаются визуально. Следовательно, если практика геодезического контроля точности геометрических параметров монтажа фактически фиксировала лишь конечный результат, почти не влияя на него, то подход, заложенный в ГСП 100-07, позволяет управлять точностью геометрических параметров, так как требует не только осуществления измерений в процессе производства работ, но и фиксации их результатов в исполнительной документации. Это создает реальные предпосылки к улучшению качества монтажа, что подтвердилось в процессе экспериментального строительства.

Начальная действительная точность геометрических параметров монтажа, до внедрения РСН 100-87, установлена нами либо уже на построешшх объектах, либо на объектах, карісасн которых были почти полностью смонтированы. Следовательно, работы на них осуществлялись традиционными методами и наше влияние на результаты было полностью исключено.

Внедрение ГСП 100-87 осуществлялось на трёх экспериментальных объектах, .для которісс с нашим участием были разработаны части проектов производства работ, касающиеся организации и геодезического обеспечения контроля качества монтажа каркасов. Это главный производственный корпус Шяуляйского кожевенного завода (здание многопролетное размером в плане 144x264 м с сеткой колонн 24x12 м, бсзраскосине стропильные фермы, высота от пола до ішза стропильних конструкций 7,2 м), производственный корпус цеха металлоконструкции Министерства связи в Лонтварисе (двухпролетное здание размерами в плане 18x144+18x108 м с сеткой колонн 18x6 м, стропильные двускатные балки и безраскосные формы, высота от пола до низа стропильных конструкций 7,2 м), производственный корпус управления механизации J5 І в Паневезкисе (трёхлролетпое здаше размерами в плане 48xGO м с сеткой колонн 18x6 и 12x6 м, двускатные балки, пысота от пола до низа стропильных конструкций 9,6 м).

На основе накопленного на экспериментальных объектах опита с целью широкого внодрошш ГСП нами был разработан макет геодезической части проекта производства работ для монтажа каркасов зданий рассматриваемого типа, содержащий технологические схемы выполнения геодезических работ, составы работ, технологию их выполнения, технические средства, исходную и выходную документацию, а также формы журналов и требования по технике безопасности.

Методика сбора и машинной обработки накопленных данных по экспериментальным объектам била аналогична, примененной при исследовании начальной точности геометрических параметров. На рис. 2 представлены многоугольники распределении точности геометрических параметров монтажа по обьедшіеннш выборкам для экспериментальных объектов, а также основные данные о статистиках этих распределений.

Сопоставление статистик распределения данных замеров начальной точности и замеров по экспериментальным объектам свидетельствует о высокой эффективности геодезического контроля качества согласно РСП 100-87, хотя возможные доли браіса по некоторым параметрам еще довольно высоки. Основная причина отого заключалась в психологической неподготовленности исполнителен, их консервативном отношении к методам геодезического контроля, нежелании что-либо менять, что и сказалось па результатах на начальном этапе внедрения ГСП.

В ходе исследования технологических процессов и геодезического обеспечения контроля качества монтажа элементов каркасов выявились некоторые вопроси, требующие переосмысления и корректировки. До внедрения РСН 100-87 подрядные организации практически не производили обмеров геометрических размеров конструкций, не наносили меток (рисок) и, следовательно, соответствующие данные не могли учитываться при последующем монтаже. Выявилось также, что устоявшаяся технология монтажа колонн и стропильных конструкций на них, а также геодезическое обеспечение этого процесса требуют изменений. Точность установки колонн и в нижнем, и в верхнем сечениях, а также установки стропильных (подстропильных) конструкций из плоскости поперечных рам регулировалась относительно разбивоч-ных осей здания. Если устаиовіса колонн в нижнем сочошш относи-

g; s S3 55>⁴

s?. >о «м

19 тельио разбивочннх осей здашія частично оправдывает себя, то ни для верхнего сечения колоші, ни для продольных осей стропильных (подстропильных) конструкций таїсая привязка неприемлема, так как способствует накоплению неточностей монтажа. Б этой связи в новой редакции республиканских норм (РСН 110-89) точность установки колонн в верхнем сечении оценивается отслоившем от вертикали, а продольная ось стропильной (подстропильной) конструкции - совмещением с осью опорной площадки. Оба параметра оказывают прямое влияние на несущую способность элементов каркаса, так как эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия на колонны и далее на фундаменты зависят непосредственно от них. Іменно совмещеїшс продольных осей стропильных (подстропильных) конструкций с разбивочныыи осягли здания в основном приводило к столь высокому значению возможной доли брака по этому параметру.

В ходе исследований также установлено, что, как правмо, игнорируется требование технологии монтажа изгибаемых элементов -их опирание на равные площадки. В результате вместо равных длин площадок опирання в ряде случаев наблюдается существенная их разница, выявлены случаи длин площадок опирання меньше минимально допустимых. Кроме того, из-за сдвижки соседшіх строгаїльїшх конструкций в разные стороны плиты покрытия не попадают на закладные детали и остаются неприваренными.

Так как дальнейшие исследования подтвердили, что точность параметров приемочного контроля по РСН 100-87 после временного закрепления практически не меняются, в новой редакции на стадии приемки оставлен лишь один параметр, а именно, вертикальность колоші. Упрощено таїоке оформление результатов геодезического контроля. В целом исследования показали, что надлежащие подготовіса и организация работ по РС1І 118-89 позволяют полностью исключить брак в рабо-

20 тах по монтажу карісасов одноэтажных промышленных зданий из сборных железобетонных конструкции.

Оценка экономической эффективности внедрения системы мер по обеспечешпо нормируемого уровня точности геометрических параметров монтажа осуществлена в соответствии с методическими рекомендациями, разработанными нами и согласованными с Министерством строительства Республшш. Они исходят из предпосылки о сокращении потерь от брака продукции. При атом учитывается экономия материальных и трудовых ресурсов в процессе производства монтажных работ, но не принимаются во внимание эффект от долговечности зданий, а также снижения эксплуатационных затрат. Обеспечение точности геометрических параметров монтажа сопровождается и социальным эффектом, так как выполнение требований нормативних документов но производству монтажных работ и улучшению их качества способствует оздоровлению нравственного климата в коллективах строителей. Под-тлєрздешш'і подрядными оргашізацішлі экономический эффект от внедрения системы в 1987-1989 гг. составил около 90,0 тыс. рублеіі, несмотря на существенное снижение объемов промышленного строительства в Республике.

Третья глава посвящена исследованиям влияния точности геометрических параметров монтажа, на несущую способность элементов каркасов.

Анализ условностей расчетных схем в статических расчетах каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций выявил, что принятие соедшіения ригелей поперечних рам с колоннами шарнирным является условным, так как в действительности эти узлн работают ісак упруго-податливые соединения, способные воспринимать и поперечную силу, и изгибающий момент. Исследования пространственной работы каркасов выявили совместную

работу колоші и в продольном лаправлешш. Таким образом, колонии каркасов зданий рассматриваемого типа из сборных железобетошшх конструкций работают на косое внецентронное сжатие. С целью оценки влияния неточностей монтажа на усилия в колоннах в диссертации подробно проанализировали методические подхода к расчету несущем способности косо внецєнтреішо сжатнх элементов, разработан графоаналитический метод расчета, существенно уменьшающий объем расчетов при проектировании и обладающий наглядностью результатов, позволяющий экономно осуществлять подбор сечений по известным усилиям, анализировать несущую способность сечений на возможные сочетания воздействий.

Методика расчета области допустимых парных значений эксцентриситетов приложения продольных сил в колоннах основана на следующих предпосылках. Несущая способность железобетонной колонны конкретной марки определяется рядом значений продольных сил и соответствующих им изгибающих моментов. Это происходит из-за наличия различных схем загружепия, что вызывает разные сочетания усилий в них и соответствующие напряженные состояния сечений колонн. Упомянутое обстоятельство, а также неточное соответствие принятого армирования, полученному в результате расчета в процессе проектирования колонн, приводит к тому, что тому же проектному значению продольной силы могут соответствовать несколько значений её эксцентриситетов (изгибающих моментов), для разных форм сжатой зоны бетона. Осуществление соответствующих расчетов позволяет накопить необходимые массивы данных и, пользуясь терминологией, принятой в работах В.Б.Болотина, обозначить гршпщы области допустимых состояний в пространстве качества.

Решая совместно условия прочности норм проектирования относительно эксцентриситета приложения продольной силы, получаем вы-

22 ражошіе, из которого следует, что эксцентриситеты приложения продольной силн зависят от формы сжатой зоны бетона, класса бетона, армирования и напряжений в арматурных стержнях. Задаваясь для кошсретноіі марки колонны разниш значениями висоти сжатой зоны бетона и угла наклона ограничивающей её линии с осью абсцисс, методом итерации находим значения продольных сил, близкие к некоими проектным значениям, и соответствующие им эксцентриситеты D обеих плоскостях симметрии сечешія колонн. Полученные значения эксцентриситетов соответствуют полной несущей способности колоші. В зависимости от рассматриваемой стадии существования колонии величины искомой продольной силы, а впоследствии и эксцентриситетов следует соогветсгвешю корректировать. ІІа рис. 3 представлен алгоритм расчета по данной методике, который реализован по специально разработанной программе на языке "БЭЙСЖ" для ЭВМ СЖ600. Были рассчитаны сечения колоші квадратной и прямоугольной форы размерами 30x30, 40x40, 50x50, 40x60, 50x60, 50x80 см. Каждая марка колонии на воздействие 8*10 значений условной проектной продольной силы рассчитывалась четыре раза, прийшлая характеристики для бетона по классам ВЇ5, В20, Б25 и ВЗО. Армирование сечений варьировалось от 4$16М1 до 4/525ЛИІ для колонн квадратного сечения и от 4^20Л111 до 4/32ЛІ1І в прямоугольных колоннах, условине проектные продольные силы соответственно от 300 до 3000 кН и от 1100 до 2500 кН. Дополнительно осуществлены расчеты колонн квадратного сечения размерами 30x30, 40x40 и 50x50 см, исходные дшшые по которым приняты применительно к типовым колоннам по рабочим чертежам серии 1.423-3, а проектные значения продольных сил подбирались по материалам для проектироваїтя отой серил по Ш ветровому и П снеговому районам нагрузок, что отпечаст подавляющему большинству случаев характерным условиям Литвы.

Исходные данные: марка колонны_} Е>₁1г_} Я в Gse.v,

,__, ^аЛ > ^Clifi > Я si > Rs, Язе, «J, л/*'

-і.

Назначение

Расчет &.

Проверка условия

Расчет значений

Ш._

Для новых значений х ц значеній J "в заданных пределах повторяются шага 3-*6

нет

Для того же значения х принимаются новые значения f через 1 в заданных пределах и по-

втоізяются шага 3—"б
[71

нет

Расчет N и сопо-

ставление с проектным зна-

чением

Расчет Qox к &у

ГО

Расчет Є.х п б?»

Расчет М_хи /7«,

для найденных значеній Л" и f

_{\п _}

Рис. 3. Алгоритм расчета эксцентриситетов продольных сил в косо внецентренно сжатом железобетонном сечении

24 Анализ полученных результатов расчетов свидетельствует о том, что методика позволяет выявить границы допустимых парных значений эксцентриситетов продольных сил в колоннах. Углубленный анализ показал, что на основе результатов расчетов возможно решение и ряда других вазишх практических задач. Так, условие прочности косо внецентренно сжатого элемента можно существенно упростить, используя известный из векторного анализа подход для определения модуля вектора:

/е_г|=-уе4 + eSy (I)

с учетом того, что

х~ /V ' N ' получаем

А//вл/ ^ЛІМЇ+МІ

U "^/,yV . (2)

Введя обозначение

_ ^N

red.

(3)

по данным расчетов посредством регрессиошюго анализа найден вид зависимости |л/ = / (Од/І' Аппроксимация осуществлена методом наименьших ісвадратов. Лучшим приближением оказалась зависимость вида

/6,.( = 0, + ^0^ , ₍₄₎

где СЬ и ь - постояшше для данных размеров поперечного сечения, учитывающие некий масштабный эффект (векторы эксцеитриси-

тетов рассчитывались по значениям, взятым относительно центров тяжести сечений).

Результата расчетов на ЭШ свидетельствуют о том, что произведение величніш продольной сили на значение вектора её эксцентриситетов (ф-ла 2) может быть некой характеристикой для оценки несущей способности сечения косо внецентрєшю сяатого элемента. Дело в том, что при значениях ^^/ до 0,454-0,55 ото произведение для даішого сечения колеблется в небольших пределах и с доверительной вероятностью не ниже 35$ может считаться постоянной величиной. При больших значегашх CU^ величины &о_х и во_у получаются небольшими и обладают большим разбросом. Наиболее достоверными значения характеристики предельной несущеіі способности получаются при Сч^ в пределах 0,3+0,4. Анализ материалов для проектирования типовых колонн серии 1.423-3 свидетельствует о том, что для наиболее массово применяемых в Литво колонн высотой 6 и 7,2 м при максимальних проектшх значениях продольных сил величина Сх^, колеблется в пределах 0,2+0,6.

На основании полученных результатов представляется весьма целесообразшдл наличие значений характеристик предельной несущей способности типовых колонн в материалах для проектирования, таї; как существеїшо упростит пх подбор при проектпровапші конкретных зданий. По результатам статических расчетов рам по деформированной схеме достаточно по найденным значениям Мх и 'лУ рассчитать правую часть выражения (2) и сопоставить результат с характеристикой предельной несущей способности. Знаїше характеристики полезно и при оценке несущей способности колонн на основе результатов обследований, а также при анализе дефектных ситуаций, оценке качества монтажа сборных железобетонных конструкции каркасов зданий.

26 Оценка влияния точности геометрических параметров монтажа на распределение усилий в колоннах осуществлена на основе вышеизложенной и разработанной методики расчета допустимих отклонений от проектных значений для эксцентриситетов продольных сил. При этом, неточность установки стропильных (подстропильных) конструкций на колонны и передача нагрузки от покрытий рассматривается ісак передача дополнительных изгибающих моментов. Усилия расчитываются по расчетной схеме, когда колоіша защемлена внизу, а наверху имеется горизонтальная шарнирная связь из:

/% = -!—(< + ,об со), в_в= - Jff (тм), (5)

где c_t jvf^ _ изгибающие моменты, возникакщие из-за неточности монтажа, > - оісвішалентная жесткость колонны, /v/У -изгибающие моменты в шикнем сечении колонны.

Допустимое значение дополнительного изгибающего момента из-за неточностей монтажа при передаче нагрузок от покрытия на колонны можно определить из (5) таким образом. В материалах для проектирования типовых колонн имеются расчетные усилия от действия полной нагрузки. Откорректировав эти величины усилиями от ветра, навесных панелей стен и смещений в соответствующем сочетании, получаем расчетные усилия от передачи нагрузок покрытия в нижнем сечении колонны. Исходя из несущей способности колонны для того же проектного расчетного значения продольной силы из области допустимых сочетаїгай My и My выбирается пара значений, с соотношением равным либо весьма близким соотвегствущей паре значений проектных расчетных изгибающих моментов от полной нагрузки. Откорректировав и эту пару My и My тем же сочетанием усилий, что и

27 проектные, в результате получим усилил, которые, исходя из несущей способности колонны, она может воспринять от нагрузок покрытия. Разница между соответствующими значениями изгибающих моментов даої значения усилий Му^ и /Wy , рас считав по которым из (5) /% и Мвц > Л>^ш данной продольное сили могло получить допускаемие значения изменешш эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия либо допускаемие отклонения геометрических параметров, влияющих на величніш отих эксцентриситетов.

Изложенный методический подход реализован в диссертации для 46 марок колонн типовой серии 1.423-3 для усилий Ш раііона но ветру и П - по снегу, в результате чего для этих колонн получены допустимые отклонения от проектній значении по эксцентриситетам передачи нагрузок от покрнтиіі. Результаты расчетов свидетельствовали о довольно большой "свободе" при осуществлешш монтажа конструкций покрытий, исходя из несущей способности колонн, лая рассмотренных марок колонн и сочетаний усилий.

Полученные допустимые отклонения от проектных значеній'; по эксцентриситетам передачи нагрузок от покрытий были сопоставлены с точностью геометричесісих параметров, влияющих на эти эксцентриситеты, зафиксированной при обследовашш объектов. Исходными были следующие предпосылки. Монтаж элементов каркаса в точном соответ-ствші с проектными геометрическими параметрами предположительно приводит к распределению усилий от проектных сочетаний нагрузок с проектными величинами начальных эксцентриситетов, полученными в результате статического расчета. Однако, в силу ряда причин, в том числе и из-за неточностей геометрических параметров монтажа, нормальные усилия в элементах каркасов в действительности передаются с эксцентриситетами, отличными от начальных. Разницу медпу действительными и проектными значениями эксцентриситетов условно

28 назовем дополнительными эксцентриситетами (на самом деле они могут как увеличиться, так и уменьшиться) из-за неточностей монтажа, а приближенно возможные их опытные изменения определим, анализируя геометрію узлов сопряжения элементов каркаса. Строго говоря, изменения величин эксцентриситетов из-за неточностей монтажа, следовало бы определять как и их начальные значения статическим расчетом каркаса как системы.

На основе анализа геометрических параметров узлов сопряжения стропильных конструкций с колоннами, в случае равенства смежных пролетов н нагрузок от покрытия для колонн средних рядов зависимость максимальних приращений эксцентриситетов такова:

где Л L{ и Д і і - отклонения соответственно в сторону увеличения и уменьшения длин площадок миграция от проектных значений, взятые со своими знаками. Из (6) следует, что сумма отклонений для двух конструкций, опирающихся на колонны средних рядов, по абсолютной величине не должна превышать шести допускаемых отклонений от проектных значений эксцентриситетов. Для колонн крайних рядов зависимость максимальних приращений эксцентриситетов имеет вид:

зле_0х = ±д. ₍₇₎

Па основе данных замеров длин площадок опирання стропильных и подстропильных конструкций на колонны, а также несоосностей их осей с осями опорных площадок по объектам, на которых применены колонны серии 1.423-3, выявлены случаи наибольших парных значений эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытий и сопоставлены с

29 расчитанными допускаемыми отклонениями от проектних. На рис. 4 представлено это сопоставление, подтверждающее, что действительная точность геометрических параметров, определяющих эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия, не оказывает решающего влияния на несущую способность колонн, хотя и изменяет соотношения

А/, и Ми ^еГ*

Рис. 4. Сопоставление опытных и расчитанных величин дополнительных эксцентриситетов передачи наїрузок от покрытий на колонны

На основании проведенных исследований обоснованы допустимые минимальные значения длин площадок опирання для стропильных конструкций (форм, балок) 22 марок, существенно меньшие проектных.

Влияние точности геометрических параметров монтажа стропильных (подстропильных) конструкций на колоннах и установки самих колонн по нижнему сечению относительно осей стаканов фундаментов на несущую способность и деформации фундаментов и основания проявляется через изменение значений изгибающих моментов и поперечных сил. Для обеспечения начальной надежности фундаментов и оснований пределы изменения воздействий должны быть ограничены несущей способностью и трещшюсгойкостыо фундаментов, а также не превышением

расчетных сопротивлений грунтов основания.

Б общем виде оценить влияние неточностей монтажа конструкций каркаса на несущую способность и деформации фундаментов и основания невозможно, так как оно зависит от конкретных геометрических характеристик фундамента и нагрузок. Б диссертации осуществлены расчеты по колоннам, .для которых получены максимальные эксцентриситеты передачи нагрузок от покрытия, что позволило получить максимальные опытные значения поперечных сил, передаваемых па фундаменты. Расчеты показали, что доля в процентах от проектных дополнительных усилий на уровне обреза фундаментов из-за неточностей монтажа стропильных конструкций и колоші для изгибающих моментов может достигнуть 47, а для поперечных сил - 70. Суммарное приращешш давления в угловой точке по подошве фундамента при значении условного расчетного сопротивления грунта 0,3 МПа может достигать 12$.

В результате исследований для практики проектирования связе-внх конструктивных решении каркасов получены значения максимальных дополнительных эксцентриситетов, возникающих из-за неточностей монтажа, для случаев производства монтажных работ до и после внедрения РСН, а таюте значения дополнительных случайных эксцентриситетов с обеспеченностью 0,95, которые следует учитывать в соответствии с требованиями п. І.2І СІІиП 2.03.01-84 из-за возможного взаимного смещения сборных железобетонных статически определимых элементов, подверженных действию сжимающей силы, при расчете по прочности. Когда монтажные работы ведутся традиционными методами, величины дополнительных случайных эксцентриситетов должны приниматься равными для колоші средних рядов Gq_x = &сь_ы = 20 мм, для колонн крайних рядов Єа,_у = 35 мм, Є а. у = 20 им, для фундаментов Є а. =45 мм, но не менее их фактических значений. При

ЗІ ведении монтажных работ с соблгодешюм разработанной системи мер по обеспечению точности геометрических параметров величины дополнительных случайных эксцентриситетов в обеих плоскостях симметрии принимаются равными для колоші - значения

При исследовании влияния неточностей монтажа на распределение усилий в колоннах решена задача по обеспечению устойчивости косо внецентрешю сжатого железобетонного стержня для граничных условий при защемлении внизу и шарнирном опираний вверху. При этом неточности монтажа моделировались приложением продольной силы со случайным эксцентриситетом. Полученное решение свидетельствует о том, что выгиб внецентрешю сжатого стержіи с защемленным одним и шарнирно опертым другим концами прямо пропорционален начальному эксцентриситету продольной силы и интенсивно возрастает при приближении ей к критическому значению. Выражение для максимального значения вектора эксцентриситетов продольной силы для косо вне-центренно сжатого стержня, исходя из ускшия обеспечения устойчивости, имеет вид:

Є J . _ _л/ (8)

o,gN

В четвертой главе осуществлена оцешеа влияшш на пачачьную надежность колонн и ^щщамеш;і2В..іїаЕірсл^.'штжшгіь-г«аг.итЕіетсйЛиі^

32 параметров монтатса. При этом использовано условие прочности (2), а в качестве мери надежности - характеристика безопасности по Р.Л.Вкашщнну.

Внешние воздействия в условии прочности (2) есть левая часть вираження, где случайной величиной считаем вектор эксцентриситетов приложения продольной силы, а сама продольная сила - неслучайная величина. Математическое ожидание и дисперсия внешнего воздействия находились, пользуясь методом линеризаціш функции. Изменчивость сопротивления оценивалась, рассматривая правую часть выражения (2), при этом к изменчивым факторам отнесены прочностные характеристики материалов. Изменчивость внешних воздеііствиіі и сопротивлений оценивалась дважды: с учетом и без точности геометрических параметров монтажа. Б первом случае изменчивость условно названа действительной, во втором - проектной.

В общей случае при расчете проектной изменчивости внешних воздеііствиіі следует учитывать кроме точности геометрических параметров монтажа изменчивость других геометрических параметров (размеров сечепш'і элементов, расстояний меаду разбпвочными осями здания и др.). На распределение усилий в элементах каркаса оказывает влияние и изменчивость прочностных характеристик материалов, неоднородность их распределения и деформативных свойств бетона в самих элементах по их дайне и между элементами. С целью получеиш замкнутого точного рошеїпія необходим учет всех изменчивых факторов. Используя метод статистических испытаний, варьируя изменчивостью отмеченных факторов, а также изменчивостью внешних воздействий возможно точное решение задачи, однако такой подход весьма трудоемок.

Математические ожидания проектных (начальных) эксцентриситетов ПрИЛОЖеНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ В КОЛОННаХ ^Oj, ^и ^о можно

33 определить следующим образом. Варьируя значениями прочностннх характеристик бетона и арматуры, можно виявить область допустимих состояний в пространстве качества парних значений эксцентриситетов для данных значений проектных усилий. Обработав полученный массив данных методами математической статистики, получаем пате-магические ожидания вектора эксцентриситетов, самих эксцонтриси-тетов, а также их дисперсию и ковариацию.

Изменчивость внешшх воздействий с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа определялась таїс. В случае статически определимой системы действительные эксцентриситеты продольных сил в колоннах равны начальним (проектний) величинам плюс дополнительные эксцентриситеты из-за неточностей монтажа. Тогда модуль вектора действительных эксцентриситетов продольной силы равен:

Когда система статически неопределима, значения дополнительных эксцентриситетов вводятся d (9) соответственно рассматриваемой расчетной схеме. Математические ожидания деііствительиого вектора эксцентриситетов определяем из (9), подставив математические ожн-дання начальных п дополнительных эксцентриситетов. При этом, в качестве математических ожиданий Є_0< и Є₀₎₍ и Л <Ег„_у - по данным 2-й таблицы, полученным в результате иселедовашііі действительной точности геометрических параметров монтажа.

Дисперсия действительного модуля вектора эксцентриситетов онрздвяияавву с&рз? чавїпітгчіремзводіюс? ао *вшя* арт^ш&т'жг-пщ^ю^ - -

34 нил (9) и с учетом зависимости Є_с и Є?_ау

Таблица 2

Средние значения дополнительных эксцентриситетов и их средние квадратические отклонения (мм) для колони от нагрузок покрытия в уровне обреза фундамента

Местонахождение ; Ло внедрения системы {После внедрения системы колонн д здании ; _д-д^,, _A~g,_0i) №&&*]&**„*] Аё*х\ лво, jGka*! Єдє^

кр. рядов 7,1 25,5 16,2 20 4,8 1,5 6,1 7,7

ср. рядов 3,9 25,5 16,7 20 2,6 1,5 4,2 7,7

Процедуру нахождения дисперсии действительного модуля вектора эксцентриситетов продольной силы можно существенно упростить, воспользовавшись закономерностями двумерного нормального распределения. Дело в том, что результаты расчетов областей допустимых состояний в пространстве качества свидетельствуют о том, что для сечений прямоугольной формы совместное распределение Є₀ и Єс_ч близко к эллипсу рассеивания, а для сечении квадратной формы - к кругу рассеивания. В отой связи в диссертации даны соответствующие методические подходы.

Закон распределения сопротивления колонны также можно определить, испаїьзуя метод статистических испытаний, задавая различные парные сочетания /?л и R_s,sc при известных законах их распределения.

Математические ожидания сопротивлений определялись нош упрощенно, используя среднее значение g , а одно из условий норм .проектирования, заменив на:

- R_Sci * 6* 4 R * ⁽¹⁰⁾

35 Дисперсии сопротивлений определялись с учетом того, что прочностные характеристики бетона и ар.іатури некоррелированные случайные величини.

Условная проектная изменчивость сопротивления с учетом точности геометрических параметров монтажа определялась, используя в условии прочности (2) значения изгибающих моментов, расчитан-нне с учетом выражения (9).

Зіая изменчивость проектного сопротивления колонн и проектную изменчивость внешнего воздеіїствпя, а также условные проектную изменчивость сопротивления и внешнего воздействия с учетом точности геометрических параметров монтажа, можно определить соответствующие характеристики безопасности, а из их сопоставления -коэффициент точности монтажа Л С\, '

Расчеты по изложенной методике с учетом значений статистик дополнительных эксцентриситетов до внедрения РСН показали, что среднее значение коэффициента точности монтажа получилось равным Усх = 1,256, при значении среднего квадратического отклонения

= 0,097 и коэффициенте изменчішости 7,7%. Такое значение коэффициента точности свидетельствует о существенном влиянии точности геометрических параметров монтала стропильних конструкций на надежность колонн. Это значение коэффициента точности следует использовать в практике проектирования статически неопределимых конструкций из сборных железобетонных элементов, умножая на него ве-личшгу эксцентриситета продольной силы, полученного из статическо-

36 го расчета, и таким образом выполнить требование п. I.2I CfMI 2.03.01-84.

Гасчеты с учетом математических ожиданий дополнительных эксцентриситетов после внедрения системы мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров показали, что сроднее значение коэффициента точности монтажа при этом может быть принято равным единице.

Оценка обеспеченностей расчитанных допускаемых отклонений от проектных значенні! по эксцентриситетам длл типовых колонн с учетом действительных распределении точности геометрических параметров, а также оценка обеспеченностей нормативных значений допу-скаемых отклонении по монтажу стропильных конструкций на колоннах показали, что для случайного вектора эксцентриситетов по распределениям до внедрения РСІІ, почти для всех расчитанных колонн обеспеченность низкая. Значительно влияние системы мер по обеспечению точности геометрических параглетров монтажа на обеспеченность допускаемых отклонений длл эксцентриситетов, которая возросла в 2+10 раз по сравнению с первоначальной действительной точностью геометрических параглетров. Существенен разброс в обеспеченностях для разных марок колонн. Низкая обеспеченность допускаемых отклонений и при этом надежная эксплуатация свидетельствуют о неполном использовании несущей способности колонн в натуре. Весьма низкой получилась обеспеченность предельных допускаемых отклонений на монтаж, регламентируемых СІІИІІ 3.03.01-87, дата при сопоставлении с распределением точности геометрических параглетров монтажа после внедрения РСН (0.6G35). Это свидетельствует о необходимости их корректировки.

Неточности монтажа стропильных конструкций и колонн оказывают влияние на значения изгибающих моментов в расчетных сечениях плит-

37 ной части фундаментов. Принимая, как и в случае оценки начальной надежности колонн, что значения продольных сил не зависят от точности геометрических параметров монтажа, при оценке начальной надежности фундаментов расчетн па продавливанис шштпоіі части, а также на раскаливание стаканного фундамента по рассматривались.

Проектную изменчивость внешних воздействии можно определить статическим расчетом каркаса методом статистических испытаний, варьируя изменчивостью как прочностных своіістп материалов элементов каркаса, так и геометрических параметров. Однако, такой подход не только трудоемок, но и пока но осуществим из-за того, что изменчивость нормируемых отклонении геометрических параметров монтажа неизвестна. Отсутствует в нормах информация об изменчивости значений допускаемых отклонении по точности установки стропильных конструкций на колопш, отіслонепий occii гнезд ста/санов фундаментов от разбнвочпнх осей здания и установки колонн в гнезда фундаментов. Поэтому, определяя проектную изменчивость внешнего воздействия при оценке начальной надежности фундаментов, учтена изменчивость значений эксцентриситетов, полученных в результате статических расчетов каркасов и имеющихся в материалах для проектирования типових колонн.

Изменчивость внешних воздействий с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа оценивалась, как и в колоннах, используя данные таблицы 3 по материалам 2-й главы. Несмотря на то, что нормированный методический подход проектирования фундаглонтов предусматривает оценку несущей способности в обеих плоскостях симметрии раздельно, оценку влиятія неточностей монтажа на начальную надежность удобнее произвести интегрально, для чего применен прием, аналогичный рассмотренному вшс в случае колонн. Математические ожидания и дисперсии внешнего воздействия, а также

сопротивления определялись, используя метод линеаризации цунк-

щш.

Таблица 3

Средние значення дополіштєльїшх эксцентриситетов и их средние квадратические отклонения (мл) передачи вертикальних нагрузок на фундаменты

_ , Р_

Іувда- і До внедрения системи j После внедрения системы
ментн і— г= 1 1 г-= г= г

О_де_оу

А \ає_0ж |аЄ._у i^jQ^iAe^ue^i^^

Среднее значение коэффициента точности монтажа для расчета фундамента получилось равным Уд = 1,122 при среднем квадрати-ческом отклонении <э/_а = 0,072 и изменчивости у = 6,45. Дня практики проектирования до внедрения системы мер по обеспечению точности монтажа в диссертации рекомендовано пршшть значение коэффициента точности Vq = 1,15 и умножать на него величины эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменты, полученные по усилиям из статического расчета в соответствии с п. I.2I СІІиП 2.03.01-04. После внедрения системи мер по обеспечению нормируемого уровня точности, как и в случае колонн, коэффициент точности монтажа .для фундаментов можно принимать равным единице.

Оценка обеспеченности нормируемых предельных отклонений случайного вектора эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменти показала, что без внедрения системы мер по обеспечению точности геометрических параметров монтажа она довольно низкая (О,5-Ю,8). При производстве работ в соответствии с ГСП обеспеченность высокая (0,97*0,999).

39 Ситуация, когда тлеет место массовое несоответствие действительных отклонений геометрических параметров монтажа требованиям нормативних документов, а обеспеченность возможных дополнительных эксцентриситетов, расчиташшх, исходя из условия полного использования несущей способности колонн, а также нормируемых предельных отклонений на монтаж конструкций каркаса мала, но при отом в большинстве случаев надєніїая эксплуатация здаїшіі, лвллстся ненормальной.

Исследования показали, что наряду с необходимостью осуществления ряда мер по обеспечению точности геометрических параметров монтажа при производстве монтажных работ, требования нормативних документов d части назначения предельных допускаемых отклонении следует взаимоувязывать с надежностью работы элементов ісаркаса. Используя закономерности двумерного нормального распределения ве-роятности попадания случайной точки ( &_а , <2o_v ) в ограниченную определенным образом область m плоскости, в днссертацшг для обеспеченностей 98,5$ и 96$ дани величины допускаемых отклонений геометрических параметров на монтаж элементов каркасов одноэтажных производственных здашііі из сборішх железобетонных конструкцій. При этом приемочные уровни дефектности в Т,5$ и А% приняты в соответствии с требовашіями ГОСТ 2361G-79. D первом случае нарушение требоваїшй является критическим дефектом, во втором -значительным дефектом. Для основных цехов прошишешшх предприятий принята более высокая обеспеченность величин допускаемых отклонений, а для других производственных здаїшіі (ремонтио-вспомога-телыше цеха, склады готовой продукции и оборудования и т.п.) -более низкая.

Анализ действительных распределений геометрических параметров установки стропильных конструкций на колонны показал, что они

40 близки к эллипсу рассеивания, а монтажа самих колоші - к кругу рассеивания. Поэтому при назначении допускаемых отклонений на монтаж и были использовали соответствующие зависимости. Логариф-мируя выражения вероятностей попадания случайной точки ( *=о_у , S_tv ) в эллипс или круг рассеивания, получим следующие выражения:

к = \1~2в*,(/-Р] , (12)

Задаваясь требуемой вероятностью ( г ) попадания случайной точки в эллипс или круг, можно из (12) и (13) определить коэффициент пропорциональности полуосей средним квадратическим отклонениям эллипса рассеивания ( д ) и радиус круга рассеивания ( Г ). Бе-личгага предольннх допускаемых отіслонений, которые впоследствии следует учитывать па стадии производства работ определены затем, используя действительные значения средних квадратических отклонений (по даншлл 2-й главы и табл. 2 и 3). Рекомендуемые величины для нормируемых предельных отклонений, геометрических параметров, влияющих на надежность колонн и фундаментов приведены в таблице 4.

Анализ условной начальной надежности плоских каркасных систем, когда изменчивость воздействий учитывает лишь точность геометрических параметров монтака, а изменчивыми параметрами соиро-тшзлєшііі являются лишь прочностные характеристики материалов выявил, что расчетпшлп основными механизмом разрушения следует считать образование шарниров в колоннах. Система рассматривается как составленная из параллельно соединенных элементов и влияние точности монтажа на надежность с ростом числа пролетов уменьшается. Б

Таблица 4

Рекомендуемые величины для пределышх отклонений or совмещения ориентиров при монтаже элементов каркаса

Параметри

Предельные отіслоиеїшл (ми)
при обеспеченности значений
эксцентриситетов передачи
нагрузок до и после внедре
ния системы мер по обоспоче-
шпо трооуемой точности

0.565

после

Л I

і после j

Отклонения от совмещения установоч
них ориентиров стаканов фундаментов
с рисками разбшзочных осей 31

Отклонения от совмещения ориентиров
(рисок геометрических осей) в шик
нем сеч ешш колонн с ориентіїрами
(рисками геометрических осей) гнезд
стаканов фундаментов 31

Отклонешш осей колонн в верхнем

сеч ешш от вертикали 10

Отклонения от симметричности (поло
вина разности глубины отгранил кон
цов элемента на колонии средних ря
дов) при установке стропильних
(подстропильных) ферм в направлении
порекриваемого пролета 40

Отклонения от совмещения продольных

осей стропильних (подстропильных)

ферм с осями опорних площадок 10

диссертации обсуждена возможность оценки условной начальной наден-ности пространственной системи, рассматривая плоские раш в каче-стве элементов, объединенных в систему параллельно. В общем cry чае рассмотрены два подхода. Когда опредолякщшл является механизм разрушения с образованием пластических шарниров в ригелях, надежность системы вычисляется, оценивая сначала вероятность неразрушения кавдой плоской раш, которые впоследствии рассматриваются как са-

42 мостоятелыше элементы, соединенные параллельно в систему. То есть оценка условной начальной надежности в таком случае осуществима как для параллельно-последовательно соединенных элементов.

Когда расчетинш являются механизмы разрушения с образованней пластических шарниров в стоиках, известные подходы в оценке надежности параллельно-последовательно и последовательно-параллельно соединенных элементов не отвечают мєхаїгазму работы пространственной системи. В таком случае следует рассматривать параллельно-параллельное соединение элементов в систему. Надежность такой системи определяется сначала для плоских рашых систем как для параллельно соединенных элементов, а затем для пространственного каркаса, объединенного в систему параллельно соединенных плоских рам. При этом, необходим учет специфики обеспечения пространственной работы системы, которая влияет на трактовку зависимости либо независимости случайных событии наступления отказов.

На основе анализа простейшей модели "нагружение-соггротивлс-ние" в диссертации показана важность учета взаимозависимости сопротивления и внешних воздействий. При величине коэффициента корреляции, когда считается, что связи практически нет, неучет взаимозависимости R и Q может привести к занижению оценки надежности более чем па 10$, а при наличии слабой связи - до 30$.

I. На основе 12642 контрольных замеров впервые получена исчерпывающая информация о действительной точности геометрических параметров монтажа каркасов одноэтажных производственных зданий из сборных железобетонных конструкций, которая оказалась существенно ниже нормируемой. Выявлены низкая обеспеченность нормируемых значений допускаемых отклонений, законы распределений доііст-

43 вителышх отклонений, причини низкого качества геометрических параметров монтажа.

2. Проанализировано влияние точности геометрических параметров монтажа на оценку начальної'! надежности колони и фундаментов. На основании проделанной работы показано, что нормированные требования по точности геометрических параметров монтажа но обосновали ни с точки зрения их выполнимости, ни с точки зрения влияния на надежность элементов каркаса.

3. Проектирование каркасов одноэтажных производственных зданий осуществлялось боз учета точности монтажа. Двд разработки механизма учета точности в диссертации решена группа расчетнп::-и теоретических задач: -'

разработаны методика расчета области допустга.тпх парных значений эксцентриситетов приложения Щ)одольннх сил в косо внеи.ент-ренно сжатых колоннах, исходя из их несущей способности, алгоритм н программа по ео реализации на ЭШ и дія ряда типовых колоші эти области обозначены численно; '*-*

виявлено влияние точности монтажа конструкций покритий на распределение усилии в колоннах;

дана методика расчета опытных величин дополнительных эксцентриситетов продольных сил в колоннах, возникающих из-за неточностен монтажа, определены их максимальные значения отдельно для колонн крайних и средних рядов в обеих плоскостях симметрии сечения;

выявлено влияние неточностей монтажа на нагрузки, передаваемые на фундаменты, на величины давлений на основаїше и установлены возможные пределы изменений значений эксцентриситетов передачи нагрузок на фундаменты и основания с учетом действительной точности геометрических параметров монтажа;

разработана методика оценки несущей способности косо вио-цонтрешю сжатого сечения посредством характеристики предельной несущей способности, данн алгоритм расчета на ЭВМ и её значения, получошшо для вариантов классов бетонов и армирования, "наїсрьша-юіщіх" подавляющее большинство типовых колонн квадратной и прямоугольной форм сечении;

для практики проектирования колонн и фундаментов в диссертации даны конкретные рекомендации по учету точности геометрических параметров монтажа. В случае статически определимых спетом приведены валпчипн дополнительных случайных эксцентриситетов, а для случаев статически неопределимых рам - значения коэффициентов точности монтажа, посредством которых в соответствии с требованиями п. 1.21 СІІиП Я.03.01-84 следует учитывать возможное взаимное смешение сборных элементов, подверженных действию сжимающей силы, при расчете по прочности;

разработана методика расчета допускаемых значений дополнительных к проектнім эксцентриситетов передачи нагрузок от покрытия на колонны и для ряда типовых колони получены их численные значения.

4. В результате проведенных исследований установлено, что существующая в соответствии с нормативными требованиями практика организации и ведения геодезического обеспечения монтажных работ способствует накоплению неточностей монтажа по ряду геометрических параметров. Разработанная система мер по обеспечению требуемой точности геометрических параметров монтажа, нашедшая отражение в республиканских строительных нормах, апробированная на экспериментальных объектах, оказалась эффективной, а ведение работ в соответствии с ее требованиями позволяет достичь нормируемый уровень точности геометрических параметров.

5. Разработана методшса назначения допускаемых отклонений и дшш величніш предельных отклонении от совмещения ориентиров при монтаже элементов каркасов по геомсгрпчесгснм параметра?.! для обе-споченностей 0.9G и 0,985.

6. В дпссертаціш отражены таїоте и некоторые частино задачи, имеющие непосредственное отношение к рассматриваемым проблемам:

дан ірафо-аналитическпіі метод расчета косо внецентрешю сжатого сечения;

решена задача по обеспечению устойчивости косо внецентрон-но сжатого железобетонного стержня;

осуществлена оценка влияния стохастической взаимозависимости воздействии и сопротивлений на оценку начальной надежности;

разработан» предложения по оценке влияния на начальную надежность каркаса как плоской рашоії системи точности геометрических параметров монтажа.

7. Результаты исследований применимы но только при проекти
ровании и строительстве нових одноэтажных производственных-клркас-
ных зданий из сборных железобетонинх конструкции, но и ддя пове-
рочиих расчетов при проектировании и осуществлении работ по рекон
струкции действующих предприятие, а также оценке данных обследо
ваний.

0. Результати исследовании получили практическое внедрение при разработке нормативних документов, в учебной литературе, в экспериментальном проектировании и строительстве.