10893

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов, И.А. Ямбаев, Е.А. Кочетова, О.В. Колотов

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине

«Современные МК» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений

(очная форма обучения, прикладная магистратура)

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов, И.А. Ямбаев, Е.А. Кочетова, О.В. Колотов

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине

«Современные МК» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений

(очная форма обучения, прикладная магистратура)

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 624.014 (075.8)

Колесов А.И. Современные металлические конструкции: учеб. пособие / А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов, И.А. Ямбаев, Е.А. Кочетова, О.В. Колотов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 114 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В пособии приведены основные положения по проектированию современных комбинированных стальных пространственных конструкций покрытий большепролетных сооружений.

Рассмотрен пример проектирования, изготовления и монтажа стальных комбинированных конструкций покрытия над трибунами полуоткрытого стадиона «Локомотив» в г. Москве (особенности конструктивного решения радиально-кольцевой системы стержневых стальных конструкций, висячей и вантовой систем с железобетонными пилонами; научнотехническое сопровождение проектирования, изготовления и монтажа конструкций).

Приведен краткий обзор проектирования и строительства пешеходных мостов, висячих и вантовых переходов, основы их статических и динамических расчетов.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Современные МК» по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений (очная форма обучения, прикладная магистратура).

А.И. Колесов, 2016 А.А. Лапшин, 2016 Д.А. Морозов, 2016 И.А. Ямбаев, 2016 Е.А. Кочетова, 2016 О.В. Колотов, 2016 ННГАСУ, 2016

3

5

1.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ДАННОГО ПОСОБИЯ

ИВОЗМОЖНОСТИ УЧЕБНОГО ПЛАНА ННГАСУ

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к занятиям по учебной дисциплине Современные металлические конструкции по на-

правлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проек-

тирование зданий и сооружений Отдел магистратуры Управления подго-

товки научных и научно-педагогических кадров.

Для более четкого понимания студентами структуры изучаемых уникальных объектов напомним определение зданий и сооружений, изло-

женное в [1, 2]:

здание – строительная система, состоящая из несущих и ограждаю-

щих конструкций, образующих наземный замкнутый объем, предназна-

ченный для проживания или пребывания людей в зависимости от функ-

ционального назначения и для выполнения различного вида производст-

венных процессов;

сооружение – объемная, плоская или линейная наземная, надземная или подземная система, состоящая из несущих (а в отдельных случаях и ограждающих) конструкций, предназначенная для функционального ис-

пользования или для выполнения производственных процессов различного вида; для хранения материалов, изделий и оборудования; для временного пребывания людей, грузов и т.п.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ

СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

В настоящем учебном пособии сделана выборка из [11] для студен-

тов специальности СУЗ (см. выше расшифровку) для учебной дисциплины

«Металлические конструкции высотных и большепролетных зданий и со-

оружений» в разделе «… сооружений».

6

Основные особенности проектирования и применения комбинированных конструкций – это: эффективность, по сравнению с традици-

онными, за счет:

а) структурного объединения стержневых сжатых и изгибаемых элементов с растянутыми вантовыми или висячими гибкими (или изгибно-

жесткими) элементами в единую пространственную систему;

б) обеспечения наименьшей строительной высоты покрытий со сни-

жением расхода материалов и эксплуатационных расходов;

в) создания возможностей для проектирования и строительства со-

оружений разнообразных архитектурных замыслов.

Однако появились и другие особенности.

Такие особенности появились в решении проблем, выходящих за рамки существующих нормативных документов:

а) в качественно новой подготовке инженеров-конструкторов и ин-

женеров-строителей со специальными глубокими знаниями, умениями и практическим опытом возведения уникальных сооружений;

б) в необходимости научного комплексного подхода при решении задач выбора рациональных конструктивных форм уникального сооруже-

ния, увязанных с функциональным назначением, архитектурным замыс-

лом, методами изготовления, монтажа и условиями эксплуатации;

в) как отмечено в [11, с. 11], одной из важных особенностей проек-

тирования большепролетных уникальных сооружений является генериро-

вание идей, основанных на творческом потенциале инженера (как ярко вы-

ражено Никоновым Н.Н. в [12], нужен не просто инженер-строитель с высшим профессионально-техническим образованием, а инженер-творец с большой буквы «Т»), на его профессиональных знаниях и опыте. Созида-

тельные возможности – привилегия человеческого ума, они абсолютно не-

обходимы для решения задач будущего проекта, особенно уникального. В этой задаче компьютеру следует отвести роль технического инстру-

мента. При этом очень важен предыдущий опыт при выборе расчетной

7

модели и при предварительном анализе поведения конструкции, интуиция и анализ альтернативных подходов;

г) для повышения надежности результатов численные расчеты сле-

дует проводить с применением различных программ, с сопоставлением и анализом полученных усилий, напряжений и перемещений; однако ис-

пользование компьютера имеет и обратную сторону: растет риск ошибок.

Поэтому необходимо ясное понимание работы сооружения в целом и от-

дельных его элементов в системе, основанное на правилах теории соору-

жений. А для проверки компьютерных расчетов весьма полезны прибли-

женные вычисления;

д) в отличие от проектов традиционных зданий и сооружений для уникальных, относящихся к объектам первой категории сложности, следу-

ет согласно [11] выделять 4 стадии проектирования:

∙архитектурная концепция (АК);

∙предпроектные предложения (ПП);

∙проект (П);

∙рабочая документация (РД), – которые в комплексе преду-

сматривают следующие этапы:

I – постановка задачи;

II – разработка и анализ вариантов технических решений;

III – выбор окончательного варианта;

IV – разработка проектной документации;

е) обязательными документами, предшествующими проектным

разработкам, являются техническое задание (ТЗ) и специальные техни-

ческие условия (СТУ) на проектирование, которые обязаны четко сфор-

мулировать постановку задач проектирования, определить пути их реше-

ния, обеспечивая качество проекта.

Таким образом, задача проектирования уникальных большепролет-

ных сооружений − комплексная, в решении которой участвуют специали-

8

сты, владеющие принципиальными знаниями в своей стадии проектиро-

вания:

а) на стадиях АК и ПП (расшифровки см. выше) конструкторы со-

вместно с архитекторами разрабатывают и анализируют эскизные вариан-

ты технических решений, привлекая специалистов по изготовлению и монтажу: ведут обсуждение вариантов эскизов с разных точек зрения; срав-

нивают и анализируют различные решения, наилучшие из которых (2−3)

с учетом всевозможных противоречий принимаются для дальнейшего рас-

смотрения. В уточненных разработках выбранных эскизов необходимо максимально использовать современные достижения: новые типы конст-

рукций, материалы, методы строительства, используя обобщение отечест-

венного и зарубежного опыта. Конечный результат работы в стадиях АК и ПП – выбор лучшей идеи, лучшего эскиза и его проверка в форме расчетов и чертежей;

б) стадия «Проект» (П) требует специальных сведений о нагрузках и воздействиях: учет статической и динамической реакций сооружения на различные сочетания нагрузок и воздействий, включая монтажные; учет устойчивости системы в целом и отдельных структурных элементов; учет геометрической, физической и конструктивной нелинейностей; обеспече-

ние запаса прочности и усталости материалов и т.п.

Утверждаемая часть стадии «Проект» включает разработку и кон-

кретизацию ранее принятых основных архитектурно-планировочных ре-

шений, монтажных схем, узлов и деталей, применяемых материалов и тех-

нологий, предварительных технических спецификаций. На этой стадии ре-

комендуется разработка нескольких вариантов для выбора наиболее ра-

ционального по технико-экономическим и другим показателям. Техниче-

ские решения должны быть обоснованы подробными расчетами, в том числе компьютерными, на основные сочетания нагрузок.

Стадия «Рабочая документация» (РД) включает выполнение ком-

плексных поверочных расчетов и подробную разработку проектной до-

9

кументации, необходимой для оценки технических решений, производст-

ва строительно-монтажных работ и последующей приемки сооружения

(одновременно в РД разрабатываются спецификации на объемы работ и сметная часть проекта):

1)Проектная документация в стадии РД должна давать четкую картину условий использования конструкций во время всего срока их службы; отражать все конструктивные элементы; содержать полный объем подробных чертежей; обеспечивать требуемую надежность конструкций при возведении и эксплуатации сооружения.

2)Рабочие чертежи стальных конструкций должны соответство-

вать требованиям по их изготовлению и монтажу. Документация КМ должна содержать все данные для заказа металлопроката, метизов, опор-

ных частей, защитных и гидроизоляционных материалов и т.п.

3) Принятые проектные решения должны удовлетворять ряду ограничений, обеспечивающих выполнение условий прочности, устойчи-

вости и деформативности отдельных элементов и системы в целом; требо-

ваниям нормативных документов и СТУ, сортаментов, технологических регламентов на изготовление, транспортировку и монтаж конст-

рукций. Элементы стальных конструкций должны иметь минимальные се-

чения, удовлетворяющие требованиям действующих норм с учетом сорта-

мента на прокат.

4) Техническое задание на проектирование должно содержать

следующую информацию, необходимую для проверки расчета строи-

тельных конструкций и чертежей:

а) общие данные (наименование объекта, местонахождение и назна-

чение сооружения, обоснование для проектирования, источник финанси-

рования; заказчик и разработчик документации; цели и задачи проекта,

функциональное назначение; архитектурно-планировочные решения; тре-

бования по вариантной разработке; стадии и сроки разработки документа-

ции);