Строительство специальных зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

На тему «Строительство специальных зданий и сооружений»

Содержание

Введение

1. Особенности проектирования и строительства уникальных сооружений

2. Нагрузки и воздействия

3. Расчеты

4. Научно-техническое сопровождение

5. Некоторые специальные вопросы проектирования

Выводы

Список литературы

Введение

Особенности проектирования и строительства уникальных сооружений. Как всегда, вначале следует выявить смысл понятия «уникальное сооружение». Согласно первоначальному определению, уникальное сооружение - объект с безопорным покрытием свыше 60 метров и возможностью пребывания под ним или на нем (мосты) более трехсот человек, а также здание выше 75 метров. П. Еремеев, анализируя зарубежные и отечественные публикации, уточняет:

«К уникальным большепролетным объектам, как правило, следует относить сооружения, <…> отвечающие следующим условиям:

пролет свыше 60 м. при принципиально новых конструктивных решениях, не прошедших апробацию в практике строительства и эксплуатации;

пролет свыше 100 м - при конструктивных решениях, прошедших успешную апробацию в практике проектирования, строительства и эксплуатации».

1. Особенности проектирования и строительства уникальных сооружений

Техническое задание на проектирование уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений должно содержать следующую информацию:

? обоснование научно-технического сопровождения проекта трехстадийного проектирования, экспертизы на всех этапах, разработку нескольких вариантов концептуального проекта, затрат на проверку основных расчетов и инженерных решений дублирующей проектной бригадой;

? согласование расходов на моделирование, а в необходимых случаях и на проектирование, строительство и испытания крупномасштабной модели;

? подтверждение дополнительных геодезических и инженерногеологических изысканий;

? описание участка строительства и расположенных вблизи строений;

? обоснование обследований близлежащих зданий, укрепления их оснований и фундаментов, несущих и ограждающих конструкций;

? описание особых условий строительства;

? определение степени ответственности сооружения, назначение коэффициента ответственности;

? сведения о конструкциях, инженерном оборудовании и материалах;

? обоснование комплексного мониторинга и включения в проект новых разделов «Паспорт объекта» и «Требования к эксплуатации объекта»;

? задание на подготовку Специальных Технических Условий (СТУ) на проектирование, строительство и эксплуатацию объекта;

? другая (дополнительная) информация.

Еще до начала проектных работ должны быть решены определенные вопросы. Заказчик на предпроектной стадии должен получить необходимые документы: ? выбор площадки и отвод земельного участка; ? градостроительное задание; ? разрешение на подключение к инженерным сетям. На предпроектном этапе необходимо провести геодезические и инженерно-геологические изыскания, которые должны включать в себя геофизическое обследование участка застройки. Это даст возможность решить вопрос о принципиальной пригодности земельного участка для строительства.

Вдумываясь в написанное, понимаешь, что размеры здесь не полностью отражают смысл здания или сооружения. Действительно, уникальным может быть и небольшое по размеру здание, невысокое, подземное, впервые оснащенное новейшим оборудованием, посаженное на впервые встретившееся сочетание грунтов, приближенное к источникам сильной вибрации и так далее. Что связывает все эти сооружения и относит к уникальным явлениям в архитектуре и строительстве? Только одно: отсутствие на момент их создания соответствующих нормативов и технических регламентов.

Следовательно, когда у проектировщика в том или ином случае нет возможности обратиться к строительным нормам (СН), - значит, он имеет дело с уникальным объектом. Общее в уникальных зданиях - только их обособленность от других, неповторимость. Поэтому для того, чтобы работать с уникальным объектом, нужно: одновременно с проектированием создавать нормативы для этого сооружения; осознать, что многоступенчатый контроль в данном случае приобретает первостепенное значение. Контроль над творчеством - звучит парадоксально, но это как раз то, что обеспечит безопасность строительства и надежную эксплуатацию объекта.

2. Нагрузки и воздействия

Сооружения должны воспринимать любые сочетания нагрузок, включая распределенные, временные, статические и динамические, в виде грузов - сосредоточенных, полосовых, распределенных.

Большепролетные покрытия находятся под действием собственного веса, снеговых и ветровых нагрузок. К ним добавляются технологические нагрузки (от оборудования, подвесных потолков и так далее), предварительное натяжение, а также монтажные нагрузки, вызывающие дополнительные усилия. При использовании в конструкции материалов с различными коэффициентами линейного расширения необходимо учитывать температурные воздействия.

Учет формы покрытия или высотного здания в плане обязателен, поскольку сильно влияет на результирующую ветровую нагрузку, а также на ее пульсационные усиления. Их величины устанавливаются также аэродинамическими исследованиями. Распределение снега на значительных площадях покрытия необходимо принимать с учетом статистических данных. Для большепролетных покрытий уменьшается вероятность сноса снега, поэтому расчетные климатические нагрузки следует принимать с коэффициентом до 1,5, в сравнении с обычными сооружениями.

Часто большепролетные покрытия имеют относительно небольшую собственную массу и незначительную изгибную жесткость. В этом случае неравномерные снеговые и ветровые нагрузки могут вызвать сильные деформации покрытия, как правило, приводящие к потере местной устойчивости покрытия или к дефектам кровли. Чтобы их предотвратить, применяются различные способы стабилизации покрытий. Точное знание величин и распределения климатических нагрузок, оптимальный выбор системы ужесточения покрытия позволяют с успехом решать эту задачу. Для висячих покрытий следует учитывать кинематические перемещения, абсолютные значения которых в ряде случаев намного больше прогибов от статических нагрузок.

Возможное увеличение технологических нагрузок на покрытие при длительной эксплуатации зданий и сооружений, их реконструкции и модернизации обязательно должно быть учтено в общем своде нагрузок. Повышенный уровень ответственности таких зданий и сооружений требует применения соответствующего коэффициента надежности по ответственности.

3. Расчеты

При расчетах уникальных большепролетных и высотных сооружений последние следует рассматривать как единые пространственные системы, включающие основание, фундаменты, каркас, покрытие, с учетом продольных, изгибных и крутильных жесткостей основных (а ряде случаев и второстепенных) элементов, их связей, узловых эксцентриситетов. Расчеты статических и динамических воздействий на конструкцию и ее элементы при изготовлении и транспортировке часть основной работы. Сопротивление «взрослеющей» конструкции различным воздействиям, то есть учет последовательности ее монтажа, требует особого внимания конструктора, поскольку отдельные элементы могут оказаться более загруженными при монтаже, чем под полной расчетной нагрузкой. Иными словами, расчетом должна быть подтверждена надежность и пространственная устойчивость системы на всех этапах ее жизни.

На стадии «Проект» определяются сечения основных элементов и происходит переход от сложной к упрощенной схеме, а затем последовательно добавляются усложняющие элементы и определяется их влияние на работу конструкции в целом. На стадии рабочего проектирования расчетная схема максимально приближается к действительной единой пространственной системе.

Если в концептуальном проекте в ходу приближенные (ручные) расчеты, дающие возможность инженеру-конструктору почувствовать «игру сил» в конструкции и далее осознано, предвидя результат, переходить к работе с компьютером, то на стадии «Проект» рассчитываются сечения основных элементов. Здесь уже вовсю пользуются компьютером. На этой стадии, когда обычно соотносятся геометрические и жесткостные параметры элементов системы, рекомендуется переход от сложной к упрощенной схеме с последующим ее усложнением за счет последовательного присоединения новых элементов и исследования их влияния на работу конструкции в целом.

На стадии рабочего проектирования расчетная схема максимально приближается к несущему остову сооружения. Особое внимание следует уделять узлам, стараясь выполнять сопрягаемые элементы равнопрочными. Численные методы, ориентированные на широкое использование современной вычислительной техники, способствуют успешному решению сложных задач. Их использование позволяет учесть различные виды загружений и воздействий, конструктивные особенности системы геометрию поверхности, переменные толщины элементов, наличие проемов и так далее. При этом в большинстве случаев применяют хорошо известные стандартные вычислительные комплексы. Для повышения надежности результатов расчеты рекомендуется проводить по различным программам и сопоставлять полученные данные. Расчет «в две руки» - один из приемов, снижающий вероятность ошибок (элемент внутреннего контроля).

Широкое применение в расчетах получили численные методы, дающие возможность успешно применять современную вычислительную технику. Эти методы позволяют учесть различные виды загружений, особенности конструкции, геометрию поверхности земли, переменные сечения элементов, проемы в конструкции и другие особенности. Во многих случаях удается применять стандартные вычислительные комплексы. Для достижения достаточной точности необходимо сравнивать результаты, полученные по разным программам.

Но использование компьютера, позволяющего оперировать огромными массивами чисел, имеет и обратную сторону. Молодые инженеры решают на компьютере все более сложные задачи без предварительного выполнения упрощенных расчетов для осознания «игры сил» в конструкции. В то же время такое осознание, основанное на правилах строительной механики, совершенно необходимо. Вслепую расшифровывать численные результаты без первоначальных знаний об ожидаемых расчетных величинах нельзя.

Рис. 1 Интерфейс программного комплекса ЛИРА.

Важнейший этап - составление расчетной схемы сооружения, представляющей идеализированную модель, максимально приближенную к натурной системе, надежность которой прочувствована уже в эскизном проекте и доказана на стадии «Проект».

В большинстве случаев расчеты уникальных сооружений выполняются в геометрически нелинейной постановке. Их рекомендуется выполнять с учетом неупругих деформаций, деформаций усадки и ползучести бетона, приводящих к изменению геометрии системы при длительной эксплуатации. Кроме того, следует учитывать образование трещин в железобетонных элементах на участках, где они работают на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами, что приводит к местному снижению изгибной жесткости. Так как большепролетные и высотные сооружения относятся к системам, в которых присутствует нелинейность, при их расчете неприменим принцип независимости действия сил и поэтому приходится последовательно, шаг за шагом, загружать конструкцию и всякий раз фиксировать изменение ее формы и способность измененной структуры воспринимать новую «порцию» нагрузок.

В связи с геометрической и физической нелинейностью, а также большим размером конечно-элементной модели динамический расчет конструкции представляется достаточно сложным. Однако его обязательно следует проводить, поскольку существуют системы, устойчивость которых нельзя определить статическими расчетами . Уменьшить динамическую реакцию в системах большепролетных и высотных зданий и сооружений можно соответствующими конструктивными решениями - ввести дополнительные оттяжки или демпфирующие устройства.

При расчетах следует иметь в виду статическую и динамическую реакции большепролетных и высотных сооружений на воздействия ветра с учетом квазистатических и резонансных вкладов. Динамический расчет таких систем сложен по причине их пространственной работы, геометрической и физической нелинейности, существенного влияния податливости основных, элементов и так далее, но, тем не менее, необходим, поскольку существуют системы, устойчивость которых нельзя установить статическими расчетами, только динамический метод может в подобных случаях оказаться действенным.

Повышенная по сравнению с традиционными конструкциями легкость и деформативность большепролетных покрытий определяют их чувствительность к динамическим воздействиям. Следует отметить, что динамическую реакцию можно существенно снизить конструктивными мероприятиями, например, введением в систему дополнительных оттяжек или демпфирующих устройств.

Важный раздел расчета уникальных сооружений - проверка их общей и местной устойчивости, конструирование опорных устройств.

Перечисленное показывает не только охват и глубину знаний, которыми должен обладать инженер-конструктор, но и меру его ответственности за безопасность сооружения. Отсюда необходимость персонального лицензирования инженеров на право работать с уникальными объектами. Нынешнее положение, когда авторы прикрыты ответственностью организации, где они работают, зачастую приводит к парадоксальным ситуациям.

4. Научно-техническое сопровождение

Проектирование уникальных большепролетных и высотных сооружений предполагает обязательное комплексное научно-техническое сопровождение, которое включает: упомянутые ранее продувки макета сооружения в аэродинамической трубе и разработку рекомендаций по определению снеговых и ветровых нагрузок; изготовление и исследование физической модели сооружения; в особо сложных случаях не исключается создание крупномасштабного прототипа сооружения, как это было сделано при проектировании дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге (рис.2) (на такой натурной модели не только испытывались несущие конструкции, но и отрабатывались монтажные операции).

Рис. 2. Дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге

Научные бригады могут оказать существенную помощь при составлении и исследовании расчетной схемы сооружения, выполнении проверочных расчетов. Кроме того, научно-исследовательские и специализированные организации привлекаются к изготовлению и монтажу конструкций, разработке рекомендаций по обеспечению жизнеспособности сооружения в экстремальных ситуациях, мониторингу основных несущих конструкций на стадии возведения и эксплуатации. Экспериментальные исследования на крупномасштабных моделях, прототипах и натурных объектах выполняются не только для выявления действительной картины напряженно-деформированного состояния сложных систем, но и для исследования таких сторон работы конструкций, которые трудно рассчитывать математическими методами.

Проведение НТС включает в себя следующий состав работ:

1. Оценка результатов инженерно-геологических изысканий.

2. Участие в проработке концепции проектируемого объекта.

3. Анализ проектной документации для улучшения конструктивных и объемно-планировочных решений.

4. Уточнение перечня конструкций и наиболее ответственных узлов для выполнения их мониторинга.

5. Проверка выполненных расчетов по объекту, включая вероятность прогрессирующего обрушения и составление рекомендаций для защиты от него.

6. Составление программы проведения НТС строительства и заданий на различные мониторинги.

7. Оценка пригодности конструкций, выполненных с отклонением от проекта, обоснованная соответствующими расчетами и дополнениями.

8. Составление рекомендаций по улучшению технологии и производству строительного монтажа и применению эффективных материалов. На стадии проектирования особая роль отводится НТС по защите от прогрессирующего [9] обрушения зданий и сооружений.

Уникальные, большепролетные и высотные здания и сооружения [10] должны быть защищены от возникновения чрезвычайных аварийных ситуаций, к ним относятся опасные природные метеорологические явления, возникновение карстовых воронок, провалов в основаниях зданий и сооружений, техногенные и антропогенные чрезвычайные ситуации, взрывы внутри или снаружи здания, аварии или пожары, а также повреждения систем несущих конструкций

Другая важная задача - подготовка рекомендаций по выбору рационального варианта конструктивной схемы, оптимальных геометрических соотношений и жесткостных параметров. Не все проектировщики сегодня могут охватить в сжатые сроки этот комплекс проблем и найти ему подобающее решение. Подключение научных институтов к проектированию как нельзя лучше отвечает этим задачам.

5. Некоторые специальные вопросы проектирования

При проектировании уникальных сооружений необходимо учитывать также аварийные ситуации.

«Аварийная расчетная ситуация - это работа несущих конструкций в исключительных условиях (например, пожар, промышленный взрыв, авария оборудования, при малой вероятности проявления в небольшой продолжительности), которая приводит в большинстве случаев к тяжелым последствиям, если не принимаются специальные меры».

Отечественные нормы не регламентируют необходимость проверки несущих конструкций на живучесть. Эта ситуация непосредственно связана с предвидением отказа какого-либо элемента конструкции при проектировании. Естественно возникают вопросы: какие элементы следует при расчетах исключить, в каком количестве, в какой последовательности, какие расчетные сочетания нагрузок принимать для этого случая? Ответы на них - в работе инженера-конструктора. Он должен иметь в виду, что каждому сооружению присуща некоторая вероятность разрушения. Попытка приблизить ее к нулю сопровождается стремлением стоимости сооружения к бесконечности. Повышенный уровень надежности уникального сооружения и обеспечивающий надежность перечень дополнительных мероприятий должен быть обязательно оговорен в Техническом задании на проектирование, утверждаемом заказчиком.

Вместе с тем обеспечить существование уникального большепролетного или высотного сооружения после отказа опорного контура висячих или выпуклых оболочек, несущих пилонов или колонн высотного здания, подвесок вантовых систем и тому подобное - невозможно. Очевидно, что живучесть таких сложных систем должна достигаться в первую очередь необходимыми запасами несущей способности основных элементов конструкций, работающих на общую устойчивость сооружения, исключением лавинообразного обрушения системы вследствие отказа второстепенных элементов конструкции, узлов и деталей, а также комплексом антитеррористических организационных мероприятий, как это делается в авиационном транспорте и при охране мостов.

Экспертиза проектов.

При существующем порядке государственная экспертиза выполняется только на стадии «Проект». Для уникальных же сооружений необходима обязательная независимая экспертиза Концептуального Проекта и законченной рабочей документации перед сдачей ее в производство. Цель такой экспертизы в снижении вероятности фатальных ошибок.

Выводы

Статистические данные, информация об авариях уникальных объектов и опыт выявления причин обрушения большепролетных покрытий показывают, что в большинстве случаев катастрофические ситуации становятся результатом комплекса ошибок, в ряду которых первое место занимают просчеты проектировщиков.

строительство сооружение большепролетный аварийный

Список литературы

1. СНиП III-8-87. Организация, производство и приемка работ. М.: Стройиздат, 1987.ч.3.

2. Еремеев П.Г. Предотвращение лавинообразного (прогрессирующего) обрушения несущих конструкций уникальных большепролетных зданий и сооружений при аварийных воздействиях. // Строительная механика и расчет сооружений. 2006. № 2.

3. СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1989.

4. СНиП III-4-80. Техника безопасности в строительстве. М.: Стройиздат, 1981. - ч.3.

5. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. М.: Стройиздат, 1989

6. Попов Н.А. Рекомендации по уточненному динамическому расчету зданий и сооружений на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки. / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М., 2000. 45 с

7. ЕНиР. Сборник Е2. Земляные работы. М.: Стройиздат, 1988. - выпуск 1.

8. ЕНиР. Сборник Е4. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1987. - выпуск 1.

9. ЕНиР. Сборник Е11. Изоляционные работы. М.: Стройиздат, 1988.

10. Технология строительного производства. Учебник для ВУЗов. под ред. Заслуж. Строит. РСФСР проф. д-ра техн. наук Н.А. Смирнова, изд. 2-е, доп. и перераб., Л.: Стройиздат, 1975.

11. Технология строительных процессов. Учебник / В.И. Теличенко, О.М. Терентьев, А.А. Лапидус - М.: Высш.шк.,2007.

12. Возведение монолитных конструкций зданий и сооружений /Б.И. Березовский, Н.И. Евдокимов, Б.В. Ждановский и др. - М.: Стройиздат, 1981.

13. Технология и организация строительства. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, с.197.

14. Никонов Н.М. Еще раз об особенностях проектирования и строительства уникальных сооружений. Архитектура и строительство Москвы. 2007. №1, С.35-40.

15. Гиря Л.В., Хоренков С.В. Проблемы консервации и технического обследования объектов капитального строительства в современных условиях Инженерный вестник Дона. Номер 2, 2013 г.

16. Рекомендации по защите жилых зданий стеновых конструктивных систем при чрезвычайных ситуациях. Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. М., 2002.

Размещено на Allbest.ru