Требования к инженерным сооружениям

СТАТЬЯ

§ 2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИНЖЕНЕРНЫМ СООРУЖЕНИЯМ

Необходимо установить ряд требований, определяющих оптимальность инженерных сооружений и металлических конструкций в частности.

Рассмотрим эти требования.

1. Прочность

а) Связь прочности и долговечности

Прочность определяется надлежащим выбором материала, надлежащим выбором конструкции, надлежащим установлением величины запаса, правильным расчетом и хорошим выполнением конструкции. Все это проблемы, наиболее близкие строителю-конструктору, на которые он в первую очередь обращает свое внимание. Но прочность нужна потребителю не только в момент производства металлоконструкций изготовления и монтажа, а во все время службы сооружения; между тем многие металлические конструкции могут быстро ее потерять при неправильном решении и уходе, например от явлений коррозии. Поэтому прочность обусловливается также и эксплуатацией сооружения, причем эта зависимость является одной из самых ярких и существенных, так как она определяет долговечность конструкции. С точки зрения материальных затрат увеличение долговечности почти всегда выгодно; поэтому предел долговечности ставится технологией процесса, обслуживаемого сооружением, который, совершенствуясь и изменяясь во времени, требует для себя новых помещений и сооружений. Этот срок моральной амортизации конструкции обычно является решающим, особенно для стальных конструкций, которые при хорошем уходе могут иметь .весьма длительные сроки службы, в точности еще не установленные, вследствие сравнительно небольшого срока их применения (около 100 лет) и ввиду незначительности физического износа металлических конструкций. Поэтому стальные конструкции применяются для самых долговечных сооружений (например конструкции Дворца Советов).

Наоборот, плохой уход и несоответствие с условиями эксплуатации могут привести к повреждению конструкции и к потере ее прочности в несколько лет. Таким образом та конструкция является наиболее прочной и наиболее долговечной, которая наиболее удобна в эксплуатации, так как всякие неудобства в эксплуатации приводят к снижению ухода за конструкцией, а вместе с тем к снижению ее прочности и долговечности.

б) Мероприятия, повышающие прочность и долговечность

Практические мероприятия в области эксплуатации, направленные к повышению прочности и долговечности конструкции, сводятся к следующему. Прежде всего конструкция должна быть доступна регулярному осмотру и своевременному ремонту, проведение которых является важнейшим условием правильной эксплуатации. Конструкции необходимо систематически очищать от пыли и грязи и подвергать тщательной периодически возобновляемой окраске. По возможности в конструкции должны устраняться пазухн, щели н неровности, в которых могли бы адсорбироваться газы н влага. Обязательно обеспечение надлежащего качества кровли и других ограждающих конструкций. Существенным является необходимое в отдельных случаях усиление жесткости, например применение солидных связей колонн для уменьшения влияния кранов, увеличение устойчивости и даже массивности конструкции, для уменьшения ее износа при эксплуатации. В конструкциях, работающих на нагрузку, которая с течением времени может быть увеличена (например мосты, подкрановые балки, колонны), существенным вопросом является удобство усиления, причем не только элементов конструкций, но и их соединений. Таким образом мы видим, что прочность и долговечность конструкций зависят не только от рассчитываемых размеров конструкции и прочности ‘материала, но нот об щей ее компоновки н согласованности конструкции с режимом ее эксплуатации. Одни из указанных мероприятий являются следствием рационального подхода к конструкции и проекту и не требуют дополнительной затраты материала; другие связаны с его дополнительным расходом. Эти избыточные затраты должны конечно даваться осмотрительно, так как противоречат принципу экономии. Однако голая экономия, без учета условий эксплуатации, не является на деле экономией, так как она приводит к перерасходам вследствие снижения долговечности.

2. Эксплуатационные требования

Согласованность конструкции с режимом эксплуатации нужна не только для большей прочности самой конструкции, но еще в большей степени для технологии производства, обслуживаемого конструкцией. Конструкция сооружается для ее использования в работе и полностью подчиняется этому требованию. Вопрос этот прежде всего разрешается в плоскости планировочных проблем. Для некоторых сооружений, как-то: пролетные строения мостов, мачт т. д., эти проблемы достаточно просты; для других же, как например для конструкций промышленных здании, крайне сложны, и в таком случае они разрешаются в тесной связи с технологическим процессом производства, которое обслуживается зданием. Инженер-конструктор, сооружающий коробку для производства, никоим образом не должен мешать производству и потому должен вписываться в те габариты (свободные пространства), которые ему предоставляются для размещения конструкций проектным заданием или технологом. Конечно конструктор не может оставаться здесь пассивным и -в случае невозможности создания в пределах габаритов рациональной конструкции должен совместно с технологом стремиться к установлению разумных габаритов без нарушения однако основ проектного задания.

Это еще более справедливо при проектировании элементов конструкций, для которых габариты, строительная высота и пр. определяются компоновкой сооружения в целом, являющейся при конструировании деталей (элементов) уже установленной.

Точно так же для самой эксплуатации технологии производства необходимы свойства конструкции, перечисленные выше в разделе прочности и долговечности конструкций, а именно: жесткость, устойчивость, невосприимчивость к внешним воздействиям, легкость ремонта н усиления, меньшая изнашиваемость и п.р., так как всякие конструктивные дефекты крайне резко увеличивают издержки производства. Требования, предъявляемые к конструкции технологией производства, в отношении размеров, отметок, размещения и формы, освещаемости, аэрации и т. д., конечно крайне разнообразны и зависят от условий производства. Они должны считаться для конструкции обязательными.

Та конструкция хороша, которая прочна и удобна, которая непосредственно вытекает из условий эксплуатации . Но кроме того конструкция должна быть красива.

3. Эстетические требования

Требования красоты особенно резко подчеркиваются в социалистическом строительство промышленных объектов, так как они имеют большое общественное значение.

Эстетические требования к сооружению являются прямым следствием того, что граждане нашей родины являются участниками социалистического строительства. Поэтому у нас каждое инженерное сооружение действует эмоционально на зрителя, который считает сооружение своим, себе близким.

В капиталистических странах эстетические требования предъявляются преимущественно к сооружениям архитектурного значения, а из инженерных лишь к тем, которые приобретают архитектурное значение в общем ансамбле пейзажа. Такими в первую очередь являются мосты в красивой местности, в крупных городских центрах и т. д. Вся остальная масса инженерных сооружений «утилитарного характера» считается лишенной эстетического смысла и на ее архитектурное оформление не обращается никакого внимания.

Так например, в капиталистическом обществе промышленный цех есть только место работы и рабочий-пришелец не имеет ни времени, ни интереса его. рассматривать. В социалистическом же обществе цех есть место работы не пришельца, а рабочего-гражданина и притом такое место, где он, работая, осуществляет свою общественную волю. Здесь эстетическое решение конструкции цеха приносит моральное удовлетворение и создает новый стимул к плодотворному труду. Мимо этого момента конструктор никоим образом не может пройти.

4. Требования быстроты возведения

Строить быстро можно при хорошей организации работ, отвечающей характеру конструкции. В современную эпоху, когда быстрота возведения относится к числу важнейших условий строительства, соответствие конструкции оптимальной организации работ является особенно важным.

Такую организацию обеспечивает индустриализация строительства, при которой отпадает большинство подсобных предприятий строительной площадки и изготовление металлоконструкций на заказ производится не на площадке, а в постоянно действующих хорошо оборудованных цехах и заводах. Таким образом конструкция собирается при максимальном использовании механизации из готовых изделий. Такой подход распространяется не только на детали несущих конструкций, но и на .все ограждения, оболочку здания и детали его оборудования. Описанный процесс содействует улучшению качества сооружения, поскольку все детали сооружения изготовляются на хорошо оборудованных предприятиях, и сокращает сроки возведения благодаря возможности совмещения работ и широкого развития их фронта. Вместе с тем этот процесс требует типизации и стандартизации изделий для возможности бесперебойной работы предприятий строительной индустрии и бесперебойного снабжения строительства ее продукцией.

Обеспечение быстроты возведения возможно посредством следующих конструктивных мероприятий.

а) Стандартизация и типизация

Стандартизация и типизация конструкций являются «первым требованием, ‘Предъявляемым к конструкциям, для быстроты возведения и индустриализации строительства.

Стандартизация и типизация должны быть возможно более универсальными, чтобы соответствовать максимальной номенклатуре сооружений и возможно более разнообразному применению стандартизированных деталей, и в то же время достаточно жесткими, чтобы удовлетворять своему назначению. В вопросе стандартизации конструкций должны быть отмечены: стандартизация сетки колонн промышленных зданий, являющаяся наиболее эффективной и положенная в основу типовых решений плана; типизация элементов конструкций, например стропильных ферм, прогонов, фонарей, элементов фахверка; стандартизация типов сопряжений; стандартизация таких деталей, как оконные переплеты, ступени и т. д.

В результате все сооружение компонуется из типовых ячеек с применением стандартных деталей. На этот путь переходит строительство и в нашем Союзе, где целый ряд цехов сооружается из стандартных деталей специальной организацией «Стандартстальстрой». Но и в индивидуальных сооружениях должна быть широко применена стандартизация. Прежде всего стандартизации должны быть подвергнуты «стыковые» места, в которых соприкасается продукция разных заводов.

Так, поскольку крановый мост и металлические конструкции изготовляются на разных заводах, то в первую очередь должен быть стандартизирован пролет кранового моста и его габариты. Поскольку элементы кровли, например железобетонные плитки, изготовляются иа специальном заводе, — должны быть стандартизированы расстояния между прогонами, поддерживающими плитки, и т. д. В этом направлении и развивается стандартизация в настоящее время.

б) Сокращение числа (концентрации) конструктивных единиц

Столь же важным для ускорения процессов проектирования, изготовления и монтажа является сокращение числа конструктивных единиц, их концентрация (укрупнение), поскольку все эти процессы в первую очередь зависят от числа элементов и операций с ними. Предел концентрации зависит от мощности транспортных приспособлений завода-изготовителя, мощности дороги, доставляющей изделия на место стройки, и монтажного оборудования при возведении, а также от условий организации работ и планового решения.

Организация работ при возведении сооружения из заранее подготовленных изделий отличается широким развитием синхронных (параллельных) операций, благодаря чему получается ускорение постройки.

Превращение этих синхронных поточных операций в изохронные (равновременные) в каждом потоке, дающее оптимальное решение во времени, ставит предел укрупнению и концентрации конструктивных (монтажных) единиц, так как большая концентрация приведет в простоям, а меньшая — даст отставания. Так, если мы имеем две бригады сборщиков, из которых одна ставит колонны, а другая — элементы перекрытия, то конструктивное решение должно давать возможность такой концентрации материала, при которой обе операции требовали бы одинакового времени. Решение -плана также влияет на концентрацию хотя бы потому, что сетка плана определяет минимальное число несущих конструктивных единиц. Укрупняя несущие конструкции и ставя их более .редко (причем предел разрежения, очевидно, дает сетка плана), мы сокращаем время иа их постановку, но усложняем конструкции промежуточные и увеличиваем время на постановку этих последних. Оптимальность решения и здесь дает нам правило изохронности. Поскольку время постановки зависит от сложности и мощности детали и увеличивается вместе с ними, более сложные, мощные конструкции будут требовать большей концентрации и более редкого размещения, чем более слабые, которые для упрощения промежуточной конструкции должны быть размещены чаще.

Таким образом мы видим, что проблема индустриализации строительства своим требованием поточности и изохронности операций самым тесным образом связывается с конструктивными решениями и налагает на них определенные условия.

в) Соответствие конструкций условиям транспорта

В вопросе индустриализации строительства промышленных объектов, крайне существенной является также транспортная проблема; ограничения, налагаемые транспортом на концентрацию материала, отмеченные выше, постепенно снижаются в связи с ростом мощности монтажного и транспортного оборудования и не являются принципиальными; более существенным является не вес, а объем конструкций, определяющий число потребных для перевозки транспортных единиц (вагонов). С этой точки зрения меньший объем конструктивных единиц и возможность лучшей укладки при перевозке являются крайне важными, в некоторых случаях при больших перевозках, решающими; здесь особенно должны быть подчеркнуты преимущества в этом отношении сплошных конструкций; важным являются также умелое членение конструкций на части, удачные с точки зрения перевозимости, и установление размеров, отвечающих габаритным размерам транспорта.

В некоторых случаях при дальности перевозок возрастающие транспортные расходы могут потребовать даже разукрупнения конструкций благодаря лучшему использованию при этом подвижного состава. Хотя такой прием усложняет монтаж, ои иногда в общем комплексе может быть выгодным.

г) Сопряжения и сортамент

Наконец с точки зрения быстроты возведения крайне важен выбор удачных сопряжений (стыков) и типов соединений, как правило, определяющих темпы сборки, уменьшение их числа, отвечающее оптимальной концентрации материала. Здесь время, потраченное на самую углубленную разработку стыков, на уменьшение числа заклепок и швов, на упрощение сопряжений, всегда окупится сторицей. Поэтому эти темы являются самыми благодарными темами стандартизации; однако и помимо ее они требуют к себе самого внимательного отношения. Наконец для ускорения темпов весьма важным обстоятельством является применяемый сортамент, тип и размеры применяемых прокатных или штампованных элементов. Во-первых, не «все номера сортамента одинаково легко достать и потому применение «ходких» элементов может сильно упростить и ускорить заказ металла. Во-вторых, от примененного сортамента сильно зависит простота изготовления, а вместе с тем и сроки. Здесь установка на укрупнение сортамента, на уменьшение числа элементов в данной детали обычно является правильной и часто весьма эффективной. Американская школа проектирования построена на этом принципе. Предел укрупнения, очевидно, диктуется объемом сортамента, наличием в нем крупных профилей.

5. Требования экономии материала

Несмотря на очень большие вложения металла в строительство, потребность металла в строительстве еще больше, что заставляет инженера-конструктора внимательно подходить к вопросу об экономии металла и рационализации конструкций для повышения производительности использования металла.

Для разрешения этой задачи основными являются следующие мероприятия.

а) Установление рациональной области применения стали в строительстве промышленных объектов

Далеко не все конструкции рационально сооружать из стали, несмотря на высокие ее качества.

Вследствие своей большой прочности сталь, несмотря «а значительный удельный вес, обладает так называемой наибольшей «удельной легкостью», т. е. отношением допускаемого напряжения [о] к удельному весу Коэффициент для стали равняется 1 785 м, для дерева с = 1330 м, для бетона — 181 м, для кирпича —60 м.

Число с показывает высоту столба из данного материала, в основании которого под действием собственного веса напряжения будут равны допускаемым. От этого коэффициента непосредственно зависит вес конструкций, который может быть выражен следующей универсальной (общей для всех систем и материалов) формулой:

вывод которой будет помещен ниже (гл. Ill, § 3, п. 5).

Здесь g— вес конструкции на 1 погонный или квадратный метр; 1-д— полезные нагрузки (нагрузки, на которые работает конструкция), приведенные к тому же измерителю; х — коэфициеит, так называемая «характеристика веса», зависящая от системы и воздействия собственного веса конструкции и от типа заданной нагрузки (при интенсивности ее, равной единице). Из формулы (1) видно, что вес конструкции при равных прочих

условиях тем меньше, чем больше .

Таким образом металлические конструкции являются наиболее легкими из всех прочих, и те конструкции, для которых вес является особенно важным, должны быть металлическими. Такими являются в первую очередь подвижные конструкции — краны, разводные и подвижные мосты, перегружатели и т. д., которые нужно ежедневно перемещать и тратить энергию на перемещение их масс. Очевидно, уменьшение эксплуатационных расходов в первую очередь требует уменьшения веса этих конструкций и выполнения их из металла.

Далее из формулы веса (1) мы видим, что вес меняется в функции от пролета по гиперболическому закону, почему для больших пролетов вес получается очень значительным и интенсивность повышения веса очень существенной. Таким образом конструкции больших пролетов, как-то: подкрановые балки больших пролетов, мосты, высокие мачты, башни, ангары, гаражи и пр., рациональны в металлической форме. Наконец мы видим, что большое значение коэффициента важно особенно в том случае, когда характеристика х, указывающая на воздействие собственного веса, велика. Такими конструкциями в первую очередь будут горизонтальные связи.

Итак, металл наиболее рационально сосредоточивать:

1) в подвижных конструкциях,

2) в конструкциях больших пролетов

3) в конструкциях, у которых велико воздействие собственного веса и когда это воздействие является вредным.

Обладая наибольшей «удельной легкостью», металлические конструкции наиболее удобны по своим габаритам и требуют наименьших размеров для своего размещения. Поэтому такие конструкции, где это обстоятельство имеет существенное значение, например колонны, стесняющие здания, или .подкрановые балки, стесняющие цех или требующие увеличения его высоты, главные фермы мостов с ездой понизу, стесняющие проезд, и т. д. имеют преимущества в металле.

Наконец металл не обладает при низких напряжениях ползучестью, медленным нарастанием пластических деформаций, каковым свойством обладают дерево и железобетон. Поэтому металл наиболее пригоден для долговременных сооружений при условии надлежащей защиты от коррозии.

Однако в ряде сооружений весьма целесообразно применять и другие материалы. Так например, собственный вес неподвижных мостов улучшает работу конструкции, понижая динамическое воздействие временной нагрузки. Здесь железобетон и камень имеют преимущества перед сталью, и потому мосты малых и средних пролетов часто осуществляются из этих материалов. Во многих конструкциях (например перекрытия) существенны тепло- и звукоизоляционные свойства — это также дает преимущество для дерева, бетона и железобетона. Наконец местные условия могут существенно повлиять на выбор материала; в этом отношении металл, как материал перевозимый, стоит ниже материалов, производимых на базе местных ресурсов.

б) Рациональный выбор марок стали

Экономию металла в конструкции в первую очередь можно получить, рационально применив марку металла. В настоящее время мы имеем много конструктивных сталей различных прочностей, начиная от стали марки 1 и до специальных сталей повышенного качества. Повышая марку, мы всегда выгадываем в количестве металла, выгадываем тем самым и в транспорте и принципиально должны выгадывать в стоимости, так как в противном случае не имели бы -смысла широкое применение и внедрение стали повышенного качества. Однако вполне рационально применять и пониженные марки, там где они возможны. Действительно, заводы-изготовители строительной стали по ходу процесса дают сталь различных марок — как повышенных, так и пониженных; следовательно применение этих последних там, где -они отвечают назначению конструкции, является правильным и необходимым. Промышленные конструкции по характеру своих силовых воздействий являются такими, где применение .пониженных марок является вполне возможным, почему они широко там применяются.

в) Рациональный выбор типа конструкции

Экономия металла может быть получена рациональным выбором типа конструкции. Тип сварной конструкции всегда легче клепаной, что объясняется то крайней мере двумя обстоятельствами: отсутствием ослабления заклепочными отверстиями в сварных конструкциях и большей компактностью сварных соединений, передающих усилия по непрерывным швам, тогда как заклепочные соединения передают усилия в отдельных точках и потому требуют больше места. Поэтому, (применяя сварку, мы всегда получаем экономию металла.

Применение сварных конструкций в настоящий момент ограничено вследствие не вполне удовлетворительного сопротивления сварки переменным усилиям, недостаточно разработанного контроля сварки и неприспособленности сварки к некоторым типам сечений, применяемых в конструкциях, имеющих многолистовые пакеты.

г) Рациональный выбор схемы конструкции

Следующий этап экономии металла состоит в установлении схемы или системы конструкции согласно оптимальным соотношениям для выбранного типа или системы.

Конструкция обычно -состоит из различных элементов, -веса которых меняются при изменении какого-либо фактора в противоположных направлениях.

Так, в любой балочной клетке (конструкции, состоящей из продольных и поперечных балок), увеличивая расстояние (между поперечными балками, мы увеличиваем вес продольных и уменьшаем общий вес поперечных балок. Сказанное относится к шагу стропил. Увеличивая шаг, мы уменьшаем общий вес стропил и увеличиваем вес прогонов,— к шагу колонны по отношению к весу колонн и подкрановых балок, к пролету мостов по отношению к весу и стоимости пролетных строений мостов и опор и т. д. Увеличивая высоту балок и ферм, мы уменьшаем вес поясов н увеличиваем вес -стенки или решетки; увеличивая панель (расстояние между узлами ферм), мы уменьшаем число стержней, но увеличиваем вес каждого из них. Поскольку имеются две функции, меняющиеся в .противоположном направлении, имеется и такое соотношение их, при котором суммарное их воздействие является оптимальным. Таким образом всегда можно отыскать оптимальное соотношение между основными (генеральными) размерами сооружения л получить наибольшую возможную экономию металла для данной системы сооружения. Сказанное относится и к каждой детали; всегда можно -получить оптимальные для нее по весу соотношения, и этот процесс также является весьма существенным.

В вопросе экономии металла большое значение также имеет стандартизация деталей, регламентирующая наиболее экономные типы деталей и наиболее экономное их размещение. В металлических конструкциях много металла ставится по так называемым конструктивным соображениям, не учитываемым расчетом, и здесь возможны большой произвол и перерасход металла. Упорядочение этого вопроса путем выработки экономных типов деталей может иметь большое значение.

6. Требования экономии труда

Требования экономии труда для нашего строительства столь же обязательны, как н экономии материала. Основные мероприятия по снижению трудоемкости заключаются в следующем.

а) Улучшение заводского оборудования. Переход от кустарных способов изготовления к индустриальным

Экономия труда прежде всего определяется улучшением заводского оборудования, переходом от кустарного изготовления к индустриальному.

За годы сталинских пятилеток переход этот, как и во всех ведущих отраслях нашего хозяйства, произошел в области изготовления металлических конструкций. В настоящее время основные заводы по изготовлению конструкций — Верхне-Салдинский им. С. Орджоникидзе и им. Молотова (Днепропетровский) — являются прекрасно оборудованными и высокопроизводительными предприятиями. Характеристикой .произведенной здесь реконструкции могут служить цифры повышения производительности завода металлоконструкций, поднявшего свою производительность за счет улучшения оборудования и рационализации процесса в начале 30-х годов с 40 000 до 68 000 т/год. Осуществляемая вторичная реконструкция завода поднимет его производительность до 130 000 т/год.

Значительное повышение производительности труда при укрупнении оборудования и уменьшение трудоемкости конструкций показывает также изменение средней производительности наших основных заводов, которая в начале 20-х годов составляла 8—10 т на одного человека в смену и год, в середине 30-х годов — около 14—30 г и сейчас исчисляется от 30 до 50 г.

Основными причинами увеличения производительности на новых и реконструируемых заводах являются: более четкое планирование .производственного процесса и расстановки станков, улучшение кранового хозяйства и применение усовершенствованных станков высокой производительности; так, американские дыродавительные многоштемпельные прессы (спейсеры) имеют производительность 7—10 тыс. отверстий в смену вместо 2 000 на обычных прессах, многошпиидельиое сверление дает 1 000—2 000 дыр-пакетов в смену вместо 350—500, машинная клепка скобой дает 2 000 заклепок в смену вместо 300 при пневматической клепке и т. д.

Стахановские методы работы почти в 2 раза повышают эти показатели за последние годы.

Указанные сдвиги относятся к клепаным конструкциям. В сварных конструкциях мы имеем к сожалению преимущественно процесс ручной электросварки, которая до сих пор остается кустарной. Автоматическая сварка только начинает применяться -в строительных конструкциях в заводском масштабе (завод им. Молотова, 1939 г.). В этом отношении мы имеем большой разрыв между изготовлением клепаных и сварных конструкций.

б) Увязка проектирования конструкций с методами ее изготовлении

Вторым условием уменьшения трудоемкости является соответствие конструктивной формы методам изготовления. Изготовитель на тяжелом усовершенствованном оборудовании может рентабельно давать не любую конструкцию, а только такую, которая приспособлена к его оборудованию. Таким образом конструктор должен давать конструкцию, отвечающую приемам изготовления. Конечно это относится в первую очередь не к схеме и системе сооружения (хотя и она должна отвечать специфическим возможностям изготовления), а к конструктивному оформлению схемы, к ее деталировке, типу и ассортименту стержней, типу и размещению стыков, соединений и пр. Поэтому все более и более распространяется тенденция разделения проектирования металлических конструкций на две части: общую с основным компоновочным уклоном, которая может быть составлена в специальных проектных организациях, и детальную, которая переносится на заводы для тесной увязки ее с производством. Отрыв проектировки от производства тем более губителен, чем более индустриализовано производство металлоконструкций, и потому на этот вопрос теперь обращено самое серьезное внимание.

Отдельные операции по изготовлению конструкций резко различны по своей трудоемкости. В клепаных тяжелых конструкциях наиболее трудоемкими являются клепка, рассверловка и сборка. Представление о различии трудоемкости основных операций дает фиг. 1 (по данным 1939 г.). Также достаточно различна трудоемкость различных типов конструкций (фиг. 2). Наконец весьма различно число заклепок на 1 г (фиг. 3) для разных конструкций, характеризующее ведущие операции изготовления: клепку, рассверловку и отчасти сборку.

 

Как видно из фиг. 3, мы имеем большие сдвиги в отношении уменьшения числа заклепок и уменьшения трудоемкости. Отсюда можно сделать ряд конструктивных выводов: при конструировании нужно стремиться к уменьшению числа наиболее дефицитных операций изготовления, т. е. клепки и сборки; необходимо возможно более применять прокат, укрупнять сортамент, располагать заклепочные отверстия в соответствии с оборудованием изготовления и упрощать стыки и соединения, концентрировать в иих клепку и располагать их возможно более удобно для сборки; внедрять сварку, особенно в тех конструкциях, где много клепки; внедрять элементы стандартизации, тесно увязанные с методами изготовления. Этими и многими другими приемами можно резко понизить трудоемкость. Америкаиокая школа конструирования зиждется главным образом на указанных мероприятиях.

Приближение конструкции к «производству, знание условий производства есть самая действительная мера в руках конструктора для улучшения продукции и уменьшения ее трудоемкости.

в) Рационализация сортамента профилей конструкции

Следующей мерой является улучшение сортамента профилей конструкций. Сортаментом мы называем ассортимент профильного и листового металла, выпускаемый заводами, преимущественно прокатными, из которого конструктор оформляет свою конструкцию. Сортамент составляется по определенным законам, указанным далее (гл. VI), и представляет собой основу стандартизации металлических конструкций. Чем сортамент разнообразнее, тем легче оформить конструкцию применительно к заданному силовому воздействию, тем более экономной может быть получена конструкция; чем сортамент крупносортнее, чем меньше элементов необходимо для составления конструкции, тем она является меиее трудоемкой.

Таким образом разнообразный, но крупносортный сортамент крайне облегчает рациональную компоновку конструкции. До 1925 г. сортамент был у нас достаточно разнообразный, но мелкосортный. Таким образом он отвечал принципу экономии металла, но не принципу наименьшей трудоемкости; в соответствии с изменившимися условиями сортамент 1932—-1933 гг. является сортаментом крупносортным при должном его разнообразии. Параллельно с переходом на крупносортность изменяется и роль сортамента; сортамент из стандарта деталей, нз которых со-ставляются (склепываются или -свариваются) стержни, превращается в стандарт цельных элементов конструкций, из которых компонуются сооружения.

Принципы стандартизации, указанные выше, как раз отвечают этому. Первым примером такого «перехода служат прокатные балки, которые уже являются элементами конструкции. Вторым — широкополочные балки Пейнера, распространенные за границей, которые должны рассматриваться как цельные колонны и стержни.

Этот принцип .перехода на крупносортный прокат должен быть широко развит ввиду его большой эффективности. Применяя его, мы можем снизить самую дорогую операцию изготовления — клепку —во много раз. В США, где этот принцип имеет большое распространение, мосты из тяжелых прокатных элементов имеют 16 заклепок на 1 т, тогда как у нас аналогичные пролетные строения со сплошной стенкой имеют 160 заклепок.

При отсутствии проката помощь в этом деле может оказать предварительное изготовление элементов по определенному сортаменту путем сварки на специальных заводах.

По данным Сталькоиструкции применение крупного и специального проката в современных условиях снижает стоимость конструкции на 7% u1.

г) Серийность изготовления и стандартизация деталей

Весьма важным мероприятием по уменьшению трудоемкости являются серийность изготовления и стандартизация деталей. Влияние серийности на уменьшение трудоемкости обусловливается привычкой персонала к определенному типу работы, возможностью точного приспособления оборудования к производственным процессам и выпадением некоторых операций, которые могут быть произведены один раз для всей серии (например изготовление шаблонов). К сожалению металлические конструкции являются достаточно сложными и индивидуальными, вследствие чего применение серийности к ним возможно в меньшей степени, чем в других изделиях.

В этом отношении индустриализация строительства, резко повышая серийность изделий и перенося изготовление деталей иа специализированные заводы «согласно определенному сортаменту, существенно снижает трудоемкость изготовления.

Стандартизация деталей, уменьшая число их типов, повышает процент серийности деталей и этим понижает трудоемкость их изготовления. Далее стандартизация регламентирует число дополнительных частей конструкции, доводя его до должного минимума, и этим также понижает трудоемкость. Самое же главное—стандартные детали могут и должны быть наиболее хорошо согласованы с производством, так как они являются продуктом соответствующей научно-исследовательской работы. В этом заключается огромное воспитательное значение стандартизации. Оторванная от производства стандартизация в значительной степени теряет свой смысл.

д) Переход от клепаных конструкций к сварным

Понижение трудоемкости можно также получить применением сварки, так как при этом выпадает наиболее трудоемкая операция — клепка и упрощается процесс изготовления конструкций. Таким -образом сварка важна как фактор, не только уменьшающий потребление металла, но и упрощающий производство и тем расширяющий базу изготовления конструкций. Последнее является основной причиной широкого развития сварных конструкций. Хотя современная сварка, применяемая при изготовлении конструкций, пока что менее совершенна, чем индустриальная клепка, однако уже сейчас сварка почти вытеснила клепку из легких ферм, колонн, балок малой и средней мощности, -не работающих на динамическую нагрузку.

По данным Главстальконструкции сварка в среднем дает снижение трудоемкости иа 15%.

7. Принцип концентрации материала, объединяющий требования, предъявляемые к конструкциям

Как видим, многие из указанных выше мероприятий необходимы и рациональны с точки зрения различных требований, предъявляемых к конструкции. Так, стандартизация рациональна и для ускорения возведения, и для экономии материала, и для уменьшения трудоемкости. Однако нельзя считать, что все мероприятии эти являются параллельными и не имеют противоречий.

Так например, с точки зрения наименьшей трудоемкости наилучшей является конструкция перекрытий из прокатных балок; но при недостаточной мощности проката это может привести к слишком частому расположению балок, что может удлинить срок монтажа, увеличить вес и уменьшить жесткость, т. е. ухудшатся условия эксплоатации. Можно привести много подобных примеров. Увязка всех требований для того, чтобы можно -было им удовлетворить одновременно, является важнейшей и самой интересной задачей проектирования. В этой работе весьма важным является выявление руководящего конструктивного принципа, который в общем удовлетворяет всем этим требованиям. Таким принципом является неоднократно упоминавшийся принцип концентрации материала. Концентрируя материалы, уменьшая число элементов, делая их более грузными и усиливая в них силовые воздействия, мы, вообще говоря, выгадываем в весе. Происходит это оттого, что потребный вес конструктивного элемента состоит из двух частей: веса, необходимого для восприятия силовых воздействий, так называемого теоретического веса, и веса, не зависящего от силового воздействия, а зависящего от конструктивного оформления элемента (стыков, решеток, узловых уширений, уголков жесткости и т. д.). Делая элемент более грузным, мы уменьшаем относительное влияние этого второго, достаточно постоянного дополнительного веса — уменьшаем так называемый конструктивный коэффициент, представляющий собой отношение фактического веса к теоретическому.

Делая стержни более грузными и уменьшая их число, мы уменьшаем трудоемкость, так как главная доля труда идет на изготовление всякого рода мелочей, входящих в дополнительный вес, относительное влияние которого уменьшается.

Кроме того мы, очевидно, ускоряем монтаж, так как уменьшаем число операций. Наконец более крупный и мощный элемент является более жестким, меиее повреждаемым, а меньшее число элементов меиее загромождает помещение; очень часто конструкции из меньшего числа более крупных элементов являются и более красивыми. Таким образом, концентрируя материал, мы обычно облегчаем условия эксплуатации и улучшаем эстетические возможности.

В результате принцип концентрации материала, удовлетворяя вышеуказанным требованиям, является одним из наиболее действительных и удачных.

 

Если нашли ошибку то выделите 2-3 слова и нажмите Ctrl+Enter

Отправить ответ

avatar

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: