Сопоставление взаимозаменяемых строительных конструкций относится к сфере расчетов сравнительной экономической эффективности капитальных вложений (инвестиций). Выбор наиболее эффективных конструктивных решений производится методом сравнительного анализа технико-экономических показателей (ТЭП) по вариантам.
Примерная система ТЭП приведена в табл. 15.1.
В качестве решающего показателя - критерия эффективности - принимается показатель минимума приведенных затрат, которые определяются в общем случае с учетом себестоимости конструкций в деле, капитальных вложений в базу, эксплуатационных расходов и фактора времени.
Комплексный анализ остальных технико-экономических показателей (помимо приведенных затрат) позволяет установить преимущества и недостатки сравниваемых вариантов; выявить факторы, влияющие на эффективность каждого варианта, наметить пути совершенствования данных конструкций, устранить возможные погрешности при расчете отдельных показателей.
Технико-экономические показатели определяются по рабочим чертежам конструкций в расчете на единую расчетную единицу измерения.
Система технико-экономических показателей для оценки эффективности строительных конструкций (конструктивных решений)
Наименование показателей
1. Приведенные затраты:
- эксплуатационные расходы
- капитальные вложения в базу
- сметно-расчетная стоимость в деле
- себестоимость изготовления
- затраты на транспортировку
- затраты на возведение
2. Затраты труда: - на изготовление; - на возведение
3. Расход основных материалов с учетом отходов:
- пиломатериалы
-клей
-эмали
-сталь
4. Масса конструкций в деле
5. Объем конструкций в деле
Расход основных материалов:
Правильное определение расхода материалов на изготовление деревянных конструкций имеет большое значение, так как удельный вес затрат на основные материалы в структуре себестоимости конструкций составляет 65...75 %.
Расход пиломатериалов Vn. кдк на изготовление КДК определяется по формуле: К. кдк= Ко· Vn
Ко-суммарный коэффициент отходов пиломатериалов;
а - черновая заготовка
отдельного слоя досок;
б - элемент верхнего пояса
металлодеревянных ферм;
в - деревянная гнутоклееная полурама типа ДГР;
г - ригели рам типа РдП из
прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип.
Расход фанеры на изготовление клеефанерных конструкций Уф определяется по формуле: Кф=Ко·Vф.д,
где Ко -коэффициент, учитывающий отходы при раскрое фанерных листов на
черновые заготовки, торцовке их по размеру и сращивании по длине, Ко=1,2;
Vф.д - объем фанеры в деле, м3.
Трудоемкость основных технологических операций изготовления на стадии проектирования может быть определена по формуле:
Тн = tn·Vn, (15.8)
где tn - суммарные удельные затраты труда основных производственных рабочих
(чел.-ч/м) объема конструкции в деле; Vn - объем конструкции в деле, м3.
Себестоимость изготовления конструкций Сn
Сметно-рас четная стоимость конструкций в деле Сu
Приведенные затраты
Количество факторов, учитываемых при определении приведенных затрат, зависит от цели расчета и наличия необходимых исходных данных. При сопоставлении конструкций одного вида: различных типов клееных деревянных конструкций между собой или с деревянными конструкциями из брусьев и досок,
показатели трудоемкости и продолжительности монтажа конструкций по вариантам отличаются несущественно. В этом случае капитальные вложения в основные фонды и оборотные средства строительно-монтажных организаций можно не учитывать.
62-63 Трапециевидные фермы из неклееной и клееной древесины. Основные схемы, сечения элементов. Усилия, принцип расчета.
64. Многоугольные брусчатые фермы. Основные схемы, сечения элементов. Усилия, принципы расчета.
В этих фермах верхний пояс представляет собой многоугольник, вписанный в окружность или описанный около нее. Отношение высоты фермы к пролету принимают таким же, как в сегментных фермах, т.е. от 1/6 до 1/7. Нижний пояс делают, как правило, металлическим из профильной стали. Решетку принимают треугольной со стойками. Длина панели верхнего пояса значительно меньше, чем в клееных сегментных фермах, так как несущая способность панели ограничена размерами сечения бруса и его длиной.
Как видно из этих схем, брус верхнего пояса перекрывает две панели и является двухпролетной неразрезной балкой, за исключениемопорных панелей, имеющих вдвое меньшую длину.
Решение узлов в многоугольных фермах (рис. 6.6.) во многом аналогично решению узлов в сегментных клееных фермах. Раскосы и стойки решетки имеют по концам металлические пластинки - наконечники, прикрепленные болтами к деревянному элементу и выполненные из полосовой стали, за исключением верхнего наконечника стойки, который делают из уголка. Применение здесь уголка необходимо потому, что в отличие от средней пластинки - наконечника стойки, которая зажата между пластинками раскосов в нижнем узле (что обеспечивает ей дополнительную устойчивость из плоскости), в верхнем узле пластинка-наконечник была бы свободна в отношении продольного изгиба из плоскости и потому должна быть заменена наконечником из жесткого профиля. В целях унификации пластинки-наконечники для всех раскосов и низа стойки имеют одну и ту же длину и одинаковую разбивку отверстий для болтов. Наконечники-уголки для верха стойки также все одинаковы.
В узлы верхнего пояса, там, где находится его стык, закладывают металлические вкладыши. В центре проходит узловой болт, на который при сборке надевают пластинки-наконечники. Вкладыш имеет клиновидную форму в соответствии с переломом верхнего пояса в месте узла. Стойки к верхнему поясу (стойки сжаты) присоединяют также с помощью пластинок, но так как пояс в этом месте не имеет стыка, то узловые пластинки-наконечники надевают на болт, вставленный в проушины пластинки, которая передает усилия от стойки на верхний пояс (см. рис. 6.6.). Пластинку-наконечник заранее скрепляют с брусом верхнего пояса расчетным количеством гвоздей или болтов. Стыки верхнего пояса перекрывают деревянными накладками на болтах.
Узлы прикрепления элементов решетки к нижнему поясу выполняют с небольшим эксцентриситетом, как это показано на рис. 6.8., благодаря чему существенно упрощается решение узлов. Возможность внецентренного решения узлов объясняется возникновением в элементах решетки многоугольных ферм относительно небольших расчетных продольных усилий, передаваемых на нижний пояс через болт. Стык нижнего пояса выполняют в любом удобном месте. Он перекрывается или уголками, или пластинками из полосовой стали. Опорный узел может быть решен так же, как в сегментных фермах. Многоугольные фермы близки по очертанию сегментным, и расчетные продольные усилия в раскосах и стойках получаются небольшими при загружении снеговой нагрузкой всего пролета.
Верхний пояс в многоугольных фермах выполняют из брусьев, длина которых вдвое превышает длину панели. Таким образом, брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную балку со средней опорой на стойке решетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но и между ними (обычный случай), то на средней опоре возникает изгибающий момент, значение которого зависит от осадки опоры, т.е. от просадки бруса верхнего пояса на стойке. Значение этой просадки в общем случае неизвестно - оно зависит от точности сборки фермы, качества древесины и пр. Поэтому в расчете рассматривают два крайних случая: 1) средняя опора не имеет просадки, и брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную неразрезную балку; 2) средняя опора имеет такую просадку, что изгибающий момент на средней опоре равен нулю, и брус верхнего пояса представляет собой, следовательно, разрезную балку с пролетом, равным длине панели.
Для уменьшения расчетных изгибающих моментов от межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно создают изгибающий момент обратного знака, для чего в промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецентренное стыкование брусьев, осуществляя упор только нижних частей поперечного сечения брусьев. Тот же прием применяют и в опорных узлах. С учетом сказанного верхний пояс, являющийся в любом варианте сжато-изгибаемым стержнем, рассчитывают следующим образом.
1. Расчет ведут как для двухпролетной неразрезной балки. Момент на средней опоре при равномерно распределенной нагрузке (см. рис. 6.7 а).
Mq= - qP/8,
где / - проекция длины панели.
Нормальная сила N приложена на крайней опоре с эксцентриситетом е, тогда MN= Ne.
Момент на средней опоре MN= 0,5Ne,
так как эпюра моментов проходит через фокусную точку, находящуюся на расстоянии 1/3/ от средней опоры.
Расчетный момент на средней опоре (см. рис. 6.9.,а) М = Mq+ MN= - qP/8 + 0,5Ne.
Внецентренное приложение силы N уменьшило расчетный момент. Положительный момент в половине длины панели М = qP/16 - Ne/4. Расчетным моментом обычно является момент на средней опоре. Проверка сечения:
σс = N/Fpaсч + Мд/Wрасч<Rc при Мд =М/ξ
Коэффициент ^ определяют при гибкости верхнего пояса, подсчитанной по полной длине панели, что идет в запас прочности, так как при неразрезном верхнем поясе возможно определение гибкости по длине между нулевыми точками эпюры моментов.
2. Рассчитывают как разрезную балку с пролетом, равным длине панели (см. рис. 6.76). Момент посередине длины панели от поперечной на- грузки при равномерно распределенной нагрузке
Mq= qP/8, где / - проекция длины панели.
Момент от эксцентричного приложения нормальной силы MN= Ne.
Расчетный момент М = Mq- MN.
Проверку сечения производят так же, как в предыдущем случае, причем гибкость определяют по полной длине панели.
Нижний пояс. Раскосы прикрепляют с эксцентриситетом, равным расстоянию от центра узлового болта до оси уголка пояса (см. рис. 6.6.). Изгибающий момент в нижнем поясе при этом равен произведению разности усилий в соседних панелях нижнего пояса на значение эксцентриситета. Разность усилий определяют при временной нагрузке (снеговой) на всем пролете, на левой и правой половинах фермы. Для всех трех случаев подсчитывают изгибающий момент и растягивающее усилие и проверяют напряжение в нижнем поясе по формуле сложного сопротивления как для растянуто-изгибаемого стального стержня.
Решетка. Сжатые элементы решетки проверяют на продольный изгиб, а растянутые - на растяжение по площади нетто с учетом ослаблений.