Тема: Разработка конструктивного решения каркаса одноэтажного промышленного здания из ЛСТК, оборудованного подвесным краном грузоподъемностью до 2-3 тонн.

Актуальность темы исследования. В настоящее время в России идет популяризация сооружений из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Строительство металл каркасных зданий является высокоэффективной и недоро¬гой технологией строительства, позволяющей в краткие сроки и в любых условиях производить монтажные работы.
На данный момент ЛСТК используются в малоэтажном строительстве зданий до 3-х этажей, в строительстве складов, сельскохозяйственных зданий, производственных баз, ангаров, торговых центров, магазинов, больниц, общежитий, при реконструкции мансард и т.д. Однако эксплуатирование промышленных зданий часто подразумевает использование кранов, но в настоящее время нет готовых реше¬ний, позволяющих выполнить каркас здания в легких стальных тонкостенных конструкциях с крановой балкой. Также для развития любой сферы строительства, в том числе и рассматриваемой, нужно расширение области применения используемых конструкций, в данном случае ЛСТК. В связи с этим необходима разработка новых конструктивных решений.
Степень разработанности темы исследования. Исследованием легких стальных тонкостенных конструкций занимались отечественные ученые: Айрумян
Э.Л., Павлов А.Б, Рыбаков В.А., Назмеева Т.В., Абдулаев Д.А., Пичугин Е.Д., Жмарин Е.Н. и др.
По результатам проведенного анализа публикаций можно сделать вывод, что, несмотря на значительное количество работ, посвященных легким стальным тонкостенным конструкциям, особенностям данных конструкций, их преимуществам, перспективам, отсутствуют работы, в которых рассматривается возможность решения каркаса здания с подвесным краном в конструкциях ЛСТК.
Цель исследования. Целью данной работы является разработка нового типа каркаса из легких стальных тонкостенных конструкциях (ЛСТК).
Объект исследования. Одноэтажное промышленное здание из ЛСТК, оборудованное подвесным краном грузоподъемностью до 2-3 тонн.
Предмет исследования. Конструктивное решение элементов каркаса и узлов разрабатываемого здания.
Задачи исследования.
1. Выбрать и проанализировать конструктивную схему здания с точки зрения возможности реализации разрабатываемого проекта с соблюдением актуальных строительных норм;
2. Конструирование и расчет основных элементов каркаса здания и их узлов крепления между собой;
3. Применение выбранных решений на примере конкретного сооружения;
4. Анализ пространственной жесткости и конструирование связей по каркасу здания.
Научная новизна исследования.
Уникальность исследования заключается в новом техническом решении узла крепления подкрановых балок к ригелю покрытия рамы здания из ЛСТК. В итоге были разработаны рабочие чертежи узла крепления и инженерный метод расчета данного узла, что позволяет расширить область применения каркасов из ЛСТК для строительства однопролетных зданий с подвесными кранами грузоподъемностью до 2-3 тс.
Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликована 1 статья в сборнике, индексируемом в базах научного цитирования (РИНЦ) [24].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Работа содержит 111 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 54 рисунок, 49 формул и библиографический список из 42 источников, приложения к работе составлены на 7 страницах.
Купить

В магистерской диссертации был разработан каркас одноэтажного промышленного здания из легких стальных тонкостенных конструкций с подвесным краном грузоподъемностью до 3,2 тонн.
Был произведен выбор конструктивной схемы здания из 4-х предложенных вариантов. Для каждого из вариантов были произведены промежуточные расчеты, исходя из результатов которых была определена оптимальная конфигурация здания, которую можно реализовать в конструкциях ЛСТК с соблюдением действующих строительных норм. Также одним из критериев выступала возможность изготовления полученных профилей ЛСТК на заводе изготовителе, исходя из сортамента, представленного в ТУ [37].
Затем было выполнено построение пространственной модели здания в ПК ЛИРА-САПР 2016, произведен статический расчет по расчетным сочетаниям усилий РСУ. По результатам статического расчета были определены максимальные усилия, возникающие в несущих конструкциях.
При проведении конструктивного расчета элементов каркаса здания были определены характеристики редуцированных сечений подобранных профилей. Расчет установил, что подобранные сечения выполняют все условия при расчете по первой группе предельных состояний. На тему особенностей расчета сечений из ЛСТК профилей написана и опубликована статья [24].
Взятая за основу связевая схема, подразумевающая шарнирное закрепление всех элементов между собой, отсутствие жестких узлов и подразумевающая передачу и восприятие всех невертикальных нагрузок (в том числе тормозных) разработанной системой связей, позволяет обеспечить устойчивость и геометрическую неизменяемость каркаса здания во всех направлениях.
Основной проблемой, встающей на пути решения каркаса здания с подвесным краном в легких стальных тонкостенных конструкциях, являлся узел крепления кранового пути к конструкциям фермы. Представленное решение данного узла, подкрепленное расчетами, позволяет говорить о возможности реализации разрабатываемого каркаса здания. Также были разработаны и рассчитаны все остальные основные конструктивные узлы.
По результатам проведенных расчетов была определена металлоемкость полученного каркаса здания, которая составила 35,2 кг/м2 без учета массы подкрановых балок и 48,17 кг/м2 в целом, что на 21,83 кг/м2 меньше, чем металлоемкость аналогичного каркаса здания, выполненного из сортового металла (из опыта проектирования среднее значение металлоемкости каркасов подобных сооружений составляет 70 кг/м2). Также было проведено сравнение стоимости металлопроката, требуемого для каждого из типов каркасов, в результате которого была определена разница в стоимости в 25,25% в пользу каркаса из ЛСТК, что свидетельствует о выгодности использования предлагаемого решения каркаса из ЛСТК взамен типового, выполненного из сортового металлопроката.
Следует отметить, что расчет производился, как для здания, расположенного в г. Екатеринбурге, и при иных нагрузках от погодных условий предлагаемые решения по конфигурации здания, несущим конструкциям, конструктивным узлам могут быть неприменимы.
На основании всего вышеприведенного можно говорить о возможности выполнения одноэтажного промышленного здания с подвесным краном грузоподъемностью 3,2 тонны в конструкциях ЛСТК. Однако для применения предлагаемых решений на примере конкретного объекта необходимо произвести дополнительные исследования.
В качестве необходимых исследований для дальнейшей разработки конструктивного решения рассматриваемого здания можно отметить:
1) Исследование поведения болтовых соединений конструкций из ЛСТК при действии тормозных крановых нагрузок;
2) Более глубокое исследование пространственной жесткости каркаса здания с проведением опытных испытаний;
3) Определение трудозатрат на монтаж конструкций и сравнение с трудозатратами на монтаж аналогичного здания, исполненного в конструкциях из сортового металла.
Купить