ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНЫ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШ ЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Конструкции промышленных зданий

Здание независимо от назначения по своей структуре представляет собой совокупность различных конструктивных элементов, взаимосвязанных между собой в определенном порядке, обеспечивающем прочность, устойчивость и долговечность как всей конструктивной системы в целом, так и ее отдельных элементов. Конструктивные элементы и сопряжение их между собой, т.е. конструктивные узлы проектируют в соответствии с направлением внешних силовых и несиловых воздействий, величиной напряжений и других физических процессов, возникающих в конструкции.

Решение конструктивных элементов, узлов, а также всей конструктивной системы промышленного здания определяется технологическим процессом, для которого здание предназначено, параметрами воздушной среды, объемно-планировочным решением и отвечающим ему конструктивным замыслом.

Конструктивные элементы того или иного назначения в течение всего периода эксплуатации здания подвергаются различным видам внешних воздействий, которым они должны противостоять, сохраняя прочностные, изоляционные и другие эксплуатационные качества в соответствии с установленным сроком службы. При этом конструктивные решения должны удовлетворять требованиям индустриальности и экономической целесообразности.

Для выбора конструктивного решения любого элемента здания целесообразно: определить функциональное назначение и место конструктивного элемента в здании; выявить внешние воздействия, которым подвергается рассматриваемый элемент; выявить процессы и явления, которые возникают под влиянием всей суммы внешних воздействий; сформулировать требования к рассматриваемым элементам, определяемые заданием, нормами и правилами проектирования; выбрать возможные решения, оценить их и, наконец, выбрать окончательное конструктивное решение элемента и произвести необходимые расчеты и технико-экономические обоснования.

Как следует из изложенного, поиск оптимального решения конструктивного элемента здания – сложная задача, основывающаяся на оптимизации решения по нескольким критериям. Во многих случаях такого решения достигнуть невозможно. Отсюда поиск сводится к выявлению некоторого компромиссного решения, которое, не являясь лучшим при оценке его по одному из критериев, оказывается оптимальным при учете всей совокупности критериев.

Для того, чтобы на всех этапах проектирования конструктивного элемента здания иметь возможность глубоко разбираться во всех протекающих в этом элементе явлениях и процессах и находить правильные решения возникающих технических задач, необходимы глубокие знания основополагающих наук (физики, химии), а также прикладных дисциплин, формирующих профессиональные знания инженера (строительные материалы, строительная физика и др.), и положения настоящего курса архитектуры.

История строительной техники показывает, что решения конструктивных элементов здания в ходе развития исторического процесса постоянно изменялись и совершенствовались по мере раскрытия новых законов природы, развития наук, совершенствования техники, накопления опыта строительства и эксплуатации зданий, роста потребности в различных типах зданий.

Этот процесс видоизменения назначения, облика и конструкций здания особенно сильно проявляется теперь, когда в мире происходит научно-техническая революция, затрагивающая все отрасли науки и техники, и когда строительство, особенно в наших условиях, приходится осуществлять во все возрастающих масштабах, а промышленность предоставляет для строительства все новые высокоэффективные виды строительных материалов, машин, внутреннего специального оборудования.

Таким образом на первом этапе проектирования определяют функциональное назначение и место конструктивного элемента в здании. На втором этапе решения поставленной задачи возникает необходимость всю совокупность воздействий, которым подвергается проектируемый элемент в процессе изготовления, доставки на постройку, монтажа и последующей эксплуатации, схематизировать и представить в виде системы простейших воздействий. Такая схематизация может быть справедливой в том случае, если последствия схематизированных воздействий будут аналогичны последствиям, возникающим в действительных условиях. Чем полнее система простейших воздействий будет воспроизводить действительную, тем точнее будет модель и тем достовернее полученные результаты.

Для того, чтобы решению рассматриваемой задачи придать определенную систему, а также иметь возможность ее формализовать для последующего использования ЭВМ, все внешние воздействия, воспринимаемые элементом, классифицируют по природе их возникновения, характеру и времени действия.

По природе возникновения могут быть выделены следующие внешние воздействия:

- воздействия, определяемые местом рассматриваемого элемента в общей конструктивной схеме здания;

- воздействия, вытекающие из природно-климатических условий и др. особенностей района строительства;

- воздействия, вызываемые условиями эксплуатации помещений и работой расположенного в них технологического оборудования;

- воздействия, возникающие в процессе производства строительных работ, изготовления и монтажа деталей.

Различные воздействия могут быть разовыми или повторяющимися в течение всего периода эксплуатации здания, могут накладываться одно на другое или действовать независимо, быть главными, определяющими и малозначительными. Выявление всех воздействий, играющих основную роль в решении рассматриваемого конструктивного элемента, – главная задача этого этапа.

Все воздействия, как силовые, так и несиловые (температура, влажность, солнечная радиация и др.), способны вызвать в рассматриваемом элементе различные деформации, перемещения, изменения физико-механических свойств материалов, из которых состоит элемент. Последствия перечисленных воздействий могут носить обратимый характер, когда после прекращения их влияния на элемент или материалы последние восстанавливают свои первоначальные качества, и необратимые, навсегда видоизменяющие первоначальное положение элемента, его размеры, свойства, структуру.

Так, могут произойти упругие и выходящие за пределы упругости деформации, перемещения, осадки, усадки, разбухание, периодическое или единовременное раскрытие швов в стыках, трещинообразование. Могут происходить накопление влаги, различные структурные изменения, понижающие изоляционные качества ограждения; могут интенсивно развиваться коррозия, гнилостные процессы, меняться свойства материала, сокращаться тем самым сроки службы и ухудшаться эксплуатационные качества конструкций.

При разных сочетаниях воздействий последствия, накладываясь одно на другое, могут способствовать созданию более благоприятных условий или, наоборот, резко их ухудшать.

Выявить все последствия, обусловленные основными видами воздействий, с учетом вероятности их возникновения, повторяемости и совпадения, – основная задача третьего этапа конструирования.

На четвертом этапе устанавливают требования, которым должен удовлетворять конструируемый элемент. Эти требования вытекают из функционального его назначения и основываются на опыте строительства и эксплуатации подобных конструкций и рекомендаций, полученных по итогам научных исследований в этой области. Указанные требования устанавливают допустимые пределы возможных последствий, нормируют сроки службы и эксплуатационные качества элемента, его эстетические качества, степень индустриальности.

Требования, предъявляемые к элементу, предопределяют его прочность и устойчивость, изолирующую способность, долговечность, огнестойкость, гигиеничность, художественную выразительность, строительную технологичность, технико-экономическую целесообразность. Устанавливают их исходя из значимости и капитальности строящегося здания в соответствии с действующими нормами проектирования, указаниями, инструкциями и другой технической документацией. В тех случаях, когда по отдельным вопросам таких материалов нет, требования устанавливают на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных объектов в соответствующих природно-климатических условиях. Указанные требования подробно изложены ранее [2, с. 10].

После того, как четко выявлены и схематизированы все воздействия, которым подвергается проектируемый элемент, определены последствия, ими вызываемые, а также уточнены предъявляемые к нему требования, предоставляется возможным подойти к основному, пятому, этапу решения задачи – выбору замысла конструкции на основе сопоставления различных вариантов ее решения и с использованием различных строительных материалов.

Естественно, что применительно к каждому виду решаемой конструкции (учитывая специфический для нее характер воздействия и возникающие последствия) требования, предъявляемые в каждом конкретном случае, рассматривают с большой полнотой. Нужно отметить, что именно на этом этапе решения задачи – определения замысла конструкции и выбора материалов – в наибольшей степени должны сказаться подготовка, опыт и творческие способности инженера.

Принципиальное решение конструкций, включая выбор материалов, требующихся для ее осуществления, должно сопровождаться проведением необходимых расчетов для установления размеров как самой конструкции, так и составных ее частей. При этих расчетах используют все знания в области строительной физики, сопротивления материалов и др.

После определения всех размеров и графического отображения конструируемого элемента важно дать ему всестороннюю технико-экономическую оценку и сравнить с другими имеющимися решениями.

Рассматривая изложенную выше методику конструирования, мы не были связаны какими-либо конкретными условиями работы этих элементов или установленными требованиями. Это – следствие того, что для различного функционального назначения элементов будет видоизменяться лишь характер воздействий, которым они подвергаются, возникающие в связи с этим последствия и предъявляемые к ним требования. Изложенное решение задачи по конструированию элементов зданий может рассматриваться как определенный метод решения общей задачи «от среды к конструкции».

Положительной стороной рассмотренного метода решения задачи, когда она формализуется и расчленяется на ряд частных задач, рассматриваемых в их логической последовательности, надо считать и то, что она может решаться математически с использованием ЭВМ и при этом менее вероятно возникновение случайных ошибок.