Технико-экономическое обоснование проектирования зданий и сооружений

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ) Конспект лекций по дисциплине: «Технико-экономическое обоснование проектирования зданий и сооружений» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» Составитель: Лукина А.В. Владимир 2016 Лекция №1 ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЭП (ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЯХ) Роль проектирования в создании экономичных конструкций Современные конструктивные формы создаются исходя из трех основных начал: Экономия материала Снижение трудоемкости изготовления Сокращение сроков монтажа Указанные факторы часто противоречивы, поэтому они объединяются общим требованием снижения стоимости. Экономия материалов и уменьшение массы конструкций является результатов совершенствования методов расчета, ликвидации неоправданных запасов прочности и конструктивных излишеств профилей рациональной формы сечения. Снижение трудоемкости изготовления зависит от конструктивной формы и технологий производства. Эти факторы взаимосвязаны и в равной степени воздействуют на конструкцию. Конструктивные формы характеризуются так называемыми производственными проектными показателями, которые определяют трудоемкость изготавливаемых конструкций. Сокращение сроков монтажа – результат работы над конструктивной формой в течение всех трех этапов: проектирования, изготовления и монтажа. В целом при проектировании необходимо руководствоваться двумя основными принципами: Принцип концентрации материалов. Он состоит в сосредоточении материалов в меньшем количестве элементов. Принцип упрощения конструктивной формы. Состоит в снижении трудоемкости изготовления и монтажа при сокращении или дополнительном увеличении массы. Основным критерием при выборе материала является соответствие конструкций условиям эксплуатации, надежности и долговечности. Лекция №2 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧНОСТИ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ. Стадии технико-экономического анализа проектных решений: Компоновка сооружения Схемы конструкций Выбор материалов Выбор профилей Есть два метода проектирования: Вариантный Оптимальный Вариантное проектирование: В результате ряда конкурирующий вариантов выбирается наиболее рациональный. Недостатки: Требуется определенная инженерная интуиция при выборе вариантов для сравнительного анализа. Избранный вариант – лучший из предложенных, но не лучший из возможных. Наиболее универсальным показателем является минимум приведенных затрат, учитывающий кроме массы, трудоемкости, стоимости изготовления и монтажа, так же капиталовложения и эксплуатационные затраты. Вариантное проектирование решает и задачи сравнения и анализа компоновочных схем при одинаковых конструктивных решениях элементов сооружения, сравнительный анализ различных конструктивных решений при одинаковой компоновке сооружений. Анализ компоновочных решений и выбор оптимальной компоновки должны производиться из оптимизированных конструкций. Состав работ при сравнении вариантов компоновочных решений: - рассмотрение возможных компоновок сооружения с учетом технических требований. -нахождение массы основных (несущих) и вспомогательных конструкций методами, которые мы изучим позднее. При этом учитывается возможность и целесообразность применения для них различных материалов. Третье – определение трудоемкости и стоимости монтажа. - вычисление удельных показателей на какой-то принятый Состав работ при сравнении вариантов конструктивных решений (отдельных конструкций): Установление габаритных размеров схемы, очертания, системы решетки и т.д; с учетом эксплуатационных требований, особенностей принятых ограждающих конструкций. Рассмотрение возможности применения различных материалов и профилей. Определение и анализ показателей массы, трудоемкости изготовления, монтажа и стойкости вариантов. Обязательным условием получения правильного результата при сравнении различных вариантов компоновки конструктивных решений является их сопоставимость, при этом необходимо соблюдать основные требования: Назначения и объёмы анализируемых зданий (сооружений) одинаковы. Сооружения (конструкции) находятся под воздействием равных атмосферных и эксплуатационных нагрузках при невыгодных положениях Основные и ограждающие конструкции равноценны по качеству и соответствуют СП. Для определения показателей сравниваемых вариантов очень важен правильный выбор системоизмерителей. Научно обоснованными и независимыми измерителями являются геометрические факторы: Для зданий и аналогичных сооружений – единица площади в горизонтальных проекциях. Для протяженных по длине сооружений – единица длинны или все сооружение. Для конструкций – единица длинны или вся конструкция. В качестве критериев оценки вариантов применяют: Масса конструкций и сооружений. Стоимость материала для них. Трудоемкость, стоимость изготовления, стоимость монтажа. Стоимость конструкции «в деле», приведенные затраты. Приведенные затраты исчисляются в виде суммы себестоимости будущей продукции и капиталовложений, необходимых для ее выпуска, умноженных на нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений. Для анализа вариантных решений применяемых конструкций показателем экономичности может служить стоимость конструкции в деле (т.е установленных проектным положением). Стоимость включает в себя: Стоимость материалов. Транспортировки Стоимость изготовления Стоимость монтажа При этом имеется ввиду, что срок службы конструкции и затраты на их эксплуатацию одинаковы. Приведенные затраты включают в себя: Стоимость конструкции в деле. Капитальные вложения. Эксплуатационные расходы. Оптимальное проектирование заключается в разработке проекта конструкции, удовлетворяющие требованиям СП и имеющие наилучшие показатели из возможных. Решение некоторых задач в проектировании возможно аналитическими методами, к которым относятся: Определение оптимальных размеров конструкции Оптимизация распределения материалов в сечениях Оптимизация параметров компоновки Метод математического программирования. Оптимальной называется система удовлетворяющая заданным не противоречивым требованиям конфигурации: Прочности Деформированию Задача оптимизации методом математического программирования формулируется следующим образом: Минимизировать (максимизировать) целевую функцию: С = f(X1+X2+….+Xn) = f(X) (1) При условиях: ϕ (Х1, Х2,...Хi,…Xn) (2) и ограничениях по знаку нескольких или всех переменных: А ≥ Хn ≥ ак (к > n) (3) Функции С и ϕ могут быть любыми, а знаки ( ≤ ≥ ) показывают, что при различных величинах; ограничения (3) могут выражаться неравенствами или уравнениями. Если функции С и ϕ линейные, то получаем задачу линейного программирования. Если хотя бы одна не линейна, то не линейного программирования. Хi – определяющие параметры конструкции (параметры проектирования) Задача выбора оптимизации параметров конструкции (с) и называют задачей оптимизации проектирования конструкций С (Х1, Х2,...Хi,…Xn) Качество проекта характеризуется целевой функцией, зависящей от параметров системы С=С(х1, … хi … хn) Оптимальной считают такую систему в допустимой области, в которой целевая функция принимает наибольшее или наименьшее значение: С = Сmin(max) Структура и полнота целевой функции тесно связаны с критерием ее оптимальности. Если в ее качестве взять массу основных эл. конструкций, то структура целевой функции будет наиболее простой. G= γ∑_█(i=1@)^k▒〖F_i l_i 〗=∑_█(i=1@)^k▒〖w_i l_i 〗 γ – объемная масса материала; Fi – площадь поперечного сечения элемента; li – длина элементов; k – число элементов; wi – погонная масса элемента. Второстепенные или вспомогательные детали конструкции можно учесть введением в функцию строительного коэффициента ψ. G = γ∑_(i=1)^k▒〖f_(от i ) l_i 〗 ψ_i Или конструктивного коэффициента ϻ. При уловии, что известно только теоретические площади элемента. fот I – теоретическая площадь стержня, без учета влияния коэффициентов продольного изгиба ϕ, неточности подбора сечения, конструктивный элемент включающий в себя строительный. Структура целевой функции усложняется, если конструктивный строительный коэффициент находится в функциональной зависимости от параметров систем. ϻ = f(L) Для конструкции, трудозатраты, на производство которых мало зависит от проектного решения. В качестве критериев используют стоимость материалов. G = γ ∑_(i=1)^k▒〖F_oi c〗iψi ci – стоимость 1 тонны; Иногда все затраты (стоимость стали, изготовление, монтаж) принимают независящими от проектных параметров и считают их пропорционально массе. Тогда сi – стоимость 1 тонны конструкции. Однако, такое допущение возможно только в случаях, где затраты на изготовление и монтаж не велики по сравнению со стоимостью материала. Целевая функция по критерию заводской стоимости включает: Стоимость материалов; Стоимость изготовления. Сз = См + Си = С м + СиТи + Сп Сз – стоимость материала; Си и Ти – трудоемкость и стоимость изготовления; Сп – трудозатраты не зависящие от стоимости изготовления; n – количество деталей, отверстий; ki – постоянный коэффициент. Tи = f(G;n) Целевая функция по критерию стоимости в деле. Смонт = kм Tмонт + Спм Тмонт = f (a; mi; pi) Целевая функция оптимизирована по приведенным затратам. Спр = Сд + kпG + Ср Ср - эксплуатационные затраты Ти = Аαi(Go; no)bi Go; no – масса и количество основных несущих деталей; bi, αi – показатели степени и коэф. зависящие от типа конструкции; А – постоянная величина. Лекция №3 Экономическая характеристика сталей алюминиевых сплавов Снижение массы и изменение трудоемкости конструкций при протяжении стали повышенной и высокой прочности. В общем случае снижение массы определяется по формуле: ∆ = ( 1 – α )*100% где α – коэффициент равный отношению массы элемента (конструкции) из стали высокой прочности Gв к массе элемента обычной прочности Gоб. Конструкция состоит из основных деталей, масса которых зависит от силовых воздействий вспомогательных конструкций, масса которых не зависит от силовых воздействий и составляет конструктивное оформление. Поэтому рационально проектировать основные детали из стали высокой прочности, а вспомогательные элементы из стали обычной прочности. Строительный коэффициент такой конструкции определяется по формуле: ψв = 1 + Gк/Gов = 1 + Gк/Gовα Gк – масса конструкции детали из стали обычной прочности Gов – масса основной детали из стали высокой прочности Gк/ Gов = ψооб – 1 ψв = 1 + (ψооб – 1)/α т.к отношение масс Gк к Gооб = ψооб – 1, следовательно ψооб – строительный коэффициент, который при одинаковой конструктивной форме выше у конструкции из стали высокой прочности и уменьшает экономию от её применения, поэтому рационально использовать конструкции в которых с уменьшением массы несущих элементов снижается величина строительного коэффициента. Снижение массы конструкции зависит от силового воздействия (растяжение, сжатие, внецентренное сжатие, поперечны изгиб) и от соотношения несущих и вспомогательных элементов в существующих способах производства и при сопоставимой конструктивной форме, применение высокопрочной стали повышает удельную трудоемкость (на единицу массы). Трудоемкость изготовления возрастает в результате: Более высокой твердости и как следствие худшей обрабатываемости и свариваемости из-за пониженных режимов обработки и сварки. Увеличения работ на единицу массы конструкции. Экономическая характеристика алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы имеют ряд достоинств по сравнению со сталью: малая обьемная масса высокие прочностные свойства сопротивляемость корозии Недостатки: низкий модуль упругости высокая стоимость Для строительства применяют сплавы: Алюминиево-марганцевые Al+Mn Алюминиево-магниевые Al+Mg Авиалии Al – Mg – Si (термически упрочняемые, высокая коррозийная стойкость) сплавы высокой прочности Al – Zn – Mg (термически упрочняемые) На размер, снижение массы влияют отношения объёмных масс стали и алюминия расчетных сопротивлений и строительных коэффициентов, которые выше у конструкций из алюминиевых сплавов, а так же отношения полезных нагрузок к собственной массе, что значительно больше в пролетных сооружениях. Стоимость изготовления алюминиевых конструкций определяют по формуле: Си.а. = Си.ст. К1 К2 Си.ст. – стоимость изготовления одной тонны стальных конструкций. К1 – коэффициент увеличения объёма работ, зависящий от отношения объёмных масс стали и алюминия, при средних толщинах элементов, равных для несущих конструкций 3, а для конструкций совмещающих ограждающие и несущие функции 4,2. К2 – коэффициент, учитывающий изменение трудоемкости изготовления конструкции и повышение требований к культуре производства алюминиевых конструкций. К2 = 1,3 – 2 Из сопоставления стоимости алюминиевых сплавов «в деле», с аналогичным показателем для стали видно, что применение алюминиевых сплавов в несущих конструкциях связанно с удорожанием, использование алюминиевых сплавов эффективно в ограждающих конструкциях, где необходимо учитывать большой срок службы и снижение массы ниже лежащих конструкций. Алюминиевые конструкции широко применяются: для переплетов витражей, перегородок, подвесных потолков, светоотражающих конструкций и т.д. Лекция №4 Определение массы металлических конструкций производственных зданий на стадии проектирования Изготовление конструкций Трудозатраты по техническим операциям определяются показателями проекта и уровнем механизации производства. Главное направление снижающее затраты труда – повышение серийности типизации, а так же переход на поточное производство. Другой резерв снижения трудоемкости состоит в улучшении структуры использования рабочего времени, подразделяющегося на основное и вспомогательное. Себестоимость изготовления конструкций образуется из: заработной платы (по основным техническим операциям) накладных расходов (пропорциональных трудоемкости и не зависящих от неё). В себестоимость конструкции так же входит, стоимость основных материалов. Главным источником снижения себестоимости конструкции является уменьшение массы конструкции и трудозатрат на её изготовление. Монтаж конструкций Монтаж конструкций ведется специальными организациями оснащенными монтажными приборами большой грузоподъемности и другими высокопроизводительными механизмами. Трудозатраты при монтаже сопоставимы с аналогичными затратами при изготовлении На эффективность монтажа влияет: степень заводской готовности конструкций комплектность соблюдение очередности их поставки. При изготовлении конструкций важен учет дополнительных технических требований, рационального членения конструкций на отправочные элементы, конструкций монтажных узлов и стыков и т.д. Методы монтажа: безвыверочный конвейерный Безвыверочный метод монтажа - это монтаж конструкций и оборудования, имеющих высокую точность обработки контактных поверхностей, отверстий и гнезд в стыках, без дополнительных перемещений (выверки). Для стальных колонн безвыверочный метод монтажа предусматривает установку колонны на заранее выверенные фрезерованные опорные плиты, что исключает в дальнейшем выверку самих колонн и подкрановых балок (рис. 10.15). После выверки с помощью выверочных болтов расположения плит в плане и с точностью ±1 мм по вертикали под плиты подливают цементный раствор. Затем на плиты наносят осевые риски, которые при установке колонн совмещают с рисками на башмаках. Безвыверочный метод монтажа позволяет уменьшить трудоемкость установки колонн примерно на 30%. При окончательном закреплении колонн при строительстве быстровозводимых коттеджей, затягивают анкерные болты, ставят дополнительные расчалки вдоль ряда колонн (для высоких колонн) и крестообразные расчалки (для высоких колонн с узким башмаком). Первые две смонтированные колонны раскрепляются предусмотренными проектом постоянными или (при отсутствии таковых) временными жесткими связями. Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн и временно крепят к упорам через прокладки с овальными отверстиями. Регулировку балок по высоте и в плане производят за счет извлечения или добавления подкладок. Подстропильные фермы устанавливают на монтажные столики, приваренные к колоннам, и укрепляют расчалками; стропильные фермы - на монтажные столики колонн или на подстропильные фермы. При опирании на железобетонные опоры подстропильные фермы устанавливают на анкерные болты, заделанные в торцах колонн. При монтаже стропильных ферм следует обращать особое внимание на их устойчивость. Для этого первую ферму до расстроповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают с первой прочными связями и распорками. При отсутствии прогонов фермы связываются временными распорками или 2...3 плитами покрытия, устанавливаемыми и закрепляемыми до расстроповки. Минимальное количество прогонов или распорок для бесфонарных ферм при пролете до 18 м - 2 шт., более 18 м - 3, для ферм с фонарем - соответственно 3 и 6 шт. Для предотвращения потери устойчивости ферм плиты покрытий следует укладывать симметрично с обеих сторон от упорных узлов к коньку. При монтаже фонарных ферм плиты укладывают симметрично по поясам ферм, а затем по фонарю. Выверку конструкций производят при их установке. Исключение составляют подкрановые балки, выверку которых можно выполнять лишь после установки конструкций всего пролета и окончательного закрепления колонн и ферм. После выверки положения конструкций и правильности установки секции каркаса производят окончательное крепление монтажных стыков с помощью сварки или болтовых соединений. Приемы конструкций оформляют актом. Противокоррозионную окраску конструкций производят после их приемки, что также оформляется отдельным актом. Конвейерный метод монтажа предусматривает сборку крупных высокой степени законченности конструктивных и конструктивно-технологических блоков на приобъектных конвейерных линиях с доставкой их в монтажную зону и последующей установкой в проектное положение. Наибольшее распространение этот метод получил при монтаже покрытий одноэтажных промышленных зданий. Конструктивно-технологические блоки полной строительной готовности, состоящие из двух металлических ферм, скрепленных связями и прогонами или из структурных плит, кровельного настила, утепления, кровельного покрытия, подвесного потолка, а также закрепленных в межферменном пространстве коммуникаций (воздуховодов, спринклерной системы пожаротушений, электроосветительной аппаратуры и др.). Размеры таких блоков в плане могут быть от 12X18 до 24X36 м. Масса блоков размером 24X36 м составляет около 130 т. Блоки, собранные из двух ферм, имеют по торцам свесы с кровли прогонов и фонарных конструкций. Такая компоновка блоков обеспечивает возможность их установки по системе "блок к блоку". Блоки изготовляют на расположенных около монтируемого здания временных конвейерных линиях в виде передвижных кондукторов, установленных на тележках, перемещающихся по рельсовым путям. Наиболее рационально применение пульсирующего конвейера, на котором имеется несколько технологических постов: пост сборки металлоконструкций блока, пост устройства кровли, пост подвески коммуникаций и т. д. На каждом посту все сборочные операции выполняют на неподвижном блоке, после чего он в заданном ритме передвигается на следующий пост. Готовые блоки доставляют на тележках в зону монтажа и устанавливают в проектное положение с помощью монтажных кранов или специальных механизмов, передвигающихся по подкрановым путям мостовых кранов вдоль монтируемого пролета. Применение конвейера считается экономически оправдано, если с него сходит в сутки не менее 500...800 м2 готового покрытия. Несмотря на то что устройство технологических постов и временных путей требует по сравнению с обычной технологией дополнительных единовременных затрат, конвейерный метод монтажа покрытий при площади зданий более 25...30 тыс. м2 оказывается более экономичным, чем традиционный метод монтажа. Следует также иметь в виду, что применение конвейерного метода монтажа будет экономичным лишь при четкой комплектации конвейера. В противном случае вместо экономического эффекта возможно удорожание строительства, что связано с высокой стоимостью конвейера, больших единовременных затрат, а также необходимостью некоторого повышения жесткости блоков, что влечет за собой перерасход до 8 % металла. При правильной организации конвейерной сборки производительность труда на монтаже конструкций покрытий может составить 700 кг/(чел-дн) и более, в то время как этот показатель при поэлементной сборке не превышает 350...360 кг/(чел-дн). Сроки выполнения работ сокращаются на 30...50 %, а средняя экономическая эффективность, приходящаяся на 1 м2 смонтированного конвейерным методом покрытия, составляет более 1,6 руб., не считая экономии, которая достигается за счет сокращения срока ввода объектов в эксплуатацию. Важным преимуществом метода является возможность переноса сборочных операций в полустационарные наземные условия, что позволяет повысить не только производительность труда, но и безопасность монтажных работ. Все это отражается в журнале строительства коттеджей Основные технологические принципы конвейерного метода монтажа могут быть использованы как для покрытий промышленных зданий, так и для сборки зданий и сооружений других конструктивных структур. С учетом стоимости материала структура себестоимости имеет следующий вид: проектирование конструкции 2-3% стоимость материала 63-73% изготовление 11-22% транспортные расходы 3-7% монтаж 5-20% Лекция №5 Конструктивные и строительные коэффициенты конструкций Определение массы конструкции на стадии проектирования Конструкции здания подразделяются на основные (воспринимающие нагрузки и образующие каркас здания), и вспомогательные, назначение которых состоит в неизменяемости и устойчивости основных конструкций и выполнении других вспомогательных функций. В соответствии с этой предпосылкой масса сооружения равна: Gc = ∑Gok nok + ∑Gвк nвк где Gok и Gвк – масса основной и вспомогательной конструкции, соответственно. nok и nвк – количество основных и вспомогательных конструкций. Суммирование осуществляется по типам основных и вспомогательных конструкций. Массу вспомогательных конструкций на стадии вариантного проектирования в явной форме определить затруднительно. Поэтому её величину можно учесть коэффициентом к массе основной конструкции (называемом строительным коэффициентом массы сооружений φс ) Gc = φс ∑Gok nok = φс Gok φс = 1+ Gвк/ Gok Масса основной конструкции может быть определена путем использования статистических данных, о массе ранее возводимых сооружений. Для сравнительных оценок широко распространены удельные показатели расхода стали или бетона на единицу площади или объема, в целом по сооружению, или отдельно по типу основных конструкций. Например, масса колонн на 1м2 площади зданий или на 1м3 здания. Метод характеристик массы предложен Стрелецким Н.С. Лекция №6 МАССА ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Ферма Теоретическая характеристика массы решетчатой конструкции может определена исходя из ее объема: X = ∑ Si li /L2 где, Si – усилие от единичной погонной нагрузки, li - длинна элемента, L – пролет конструкции. Фактическая характеристика, отвечающая нагрузке q: X = Xq ϻ = ∑ϻ Sq li /L2 где ϻ - конструктивный коэффициент. Теоретическая характеристика зависит только от геометрии конструкции. Фактическое отличие от теоретической характеристики конструктивным элементом q. Таким образом характеристика – это число показывающее рациональность конструктивной формы для восприятия данного типа нагрузок, чем оно меньше, тем рациональнее схема конструкции. Количество характеристик соответствует количеству нагрузок, действующих на конструкцию. Для упрощения вычислений желательно привести фактическую нагрузку к одной или двум эквивалентам. Яшко написал формулу для ферм с параллельными поясами. Балки Характеристики массы сплошной изгибаемой конструкции X ρ = ∑ϻ Sq d /(L2 ρ) X = ∑ϻ Sq d /(L2 ρ) где, q – длинна прямолинейного участка, ρ – радиус ядра сечения. Теоретическая характеристика неразрезрезных (опирающихся на 3 и более опор) балок постоянного сечения при действии равномерно распределенной нагрузки Х = 0,125 L/ ρ Для балок переменного по пролету сечения Х = 0,11 L/ ρ Например бистальная балка. Балка бистальная – балка, выполненная из двух марок сталей: наиболее напряжённые участки выполняются из низколегированной стали, а мало напряжённые из малоуглеродистой стали. Колонны В отличие о ферм и балок, где нагрузки могут быть приведены к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке на колонны действует по крайней мере 4 вида нагрузок: вертикальная Р горизонтальная ТГ давление кранов давление ригеля Q которые не могут быть заменены эквивалентной нагрузкой. а) кран Хк1 = kl Zк + ρ1 /φ1 + n kH H / (ρ1 h1) Хк2 = kl Zк + n kH H / (ρ2 h2) Характеристики определяются для подкрановых (1) и надкрановых (2). Характеристики и возд. крана ригеля б) ригель Хк1 = Zp + ρ1 /φ1 / (ρ1 h1) Хк1l = Z2 + ρ2 /φ2 / (ρ1 h1) в) ветер Хвет1 = klll H / (ρ1 h1) Хвет1l = klll H / (ρ2 h2) kI, kII, kIII – коэффициенты распределенной единицы моментов, зависящие от соотношения длин подкрановой части и всей колонны, а также соотношения жесткостей надкрановых и подкрановых частей; ρ1, ρ2 – радиус ядра сечения надкрановой и подкрановой частей колонн; Н1, Н2 – высота надкрановой и подкрановой частей колонны; z –эксцентриситеты в приложении давления крана и ригели относительно оси подкрановой части колонн; Н – полная высота колонны; φ1, φ2- коэффициенты продольного изгиба. Лекция №7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ, СТОИМОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проект содержит комплекс технической документации: чертежи, пояснительные записки, включающие технико-экономические обоснования, расчеты, сметы, спецификации сборных элементов, арматуры и др. материалов, необходимых для осуществления проектного решения. СНиП 1101-95 “Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений”. Проект состоит из технологической и строительно-экономической частей. Экономическое обоснование технологической части выполняется инженерами-технологами и экономистами-технологами, а строительной – строителями. Проект здания, населенного пункта выполняют архитекторы при участии технологов и инженеры-проектировщики. Совместно с инженерамиэкономистами они выбирают экономически целесообразное решение. На основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих разделов проекта, рассчитывается эффективность инвестиций в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования, утвержденными Госстроем России, Минэкономики России, Минфином России, Госпромкомом России (№ 7 12/47 от 31.03.94). Проектирование осуществляется в две или одну стадию. Исходными материалами являются задание на проектирование, данные о ситуации на местности, подземных коммуникациях, геологии и гидрологии грунтов. Задание на проектирование составляет заказчик строительства данного объекта. В задании на проектирование указывается место строительства, основные требования к проекту, перечень и размеры помещений, объем инвестиций. Проектирование в две стадии осуществляется по технически сложным объектам строительства, крупным предприятиям, сооружениям, строительство которых намечается выполнять по очередям. Вначале разрабатывают и утверждают технический проект (1-я стадия), а на его основе выполняют рабочий (2-я стадия). В техническом проекте обосновывают технические и архитектурно-планировочные решения зданий и определяют сметную стоимость строительства. На стадии рабочего проекта разрабатывают рабочие чертежи здания, его конструктивных элементов, узлов и деталей. Проектирование в одну стадию осуществляется по объектам строительства, выполняемым по типовым проектам, по повторно применяемым экономичным индивидуальным проектам и по технически несложным объектам. Выполняют технорабочий проект. Таким образом, проекты крупных объектов строительства, осуществляемых по очередям, разрабатываются в две стадии и начинаются с разработки общей схемы генерального плана предприятия (сооружения) и основных проектных решений. Разработка проектов населенных мест, жилых районов, строительство которых осуществляется по очередям, выполняется также в две стадии. Разработка проектов жилых микрорайонов, жилых комплексов, в основе которых закладываются типовые проекты жилых зданий и учреждений обслуживания, может осуществляться и одностадийно. В соответствии с демографической структурой населения выбираются оптимальные объемно-планировочные решения жилых домов для расселения населения. Устанавливается оптимальная структура квартир по площади, соответствующая демографической структуре населения. Выбирается экономически целесообразная этажность жилых домов и плотность жилого фонда. Определяется необходимая площадь территории населенного пункта, района, жилого комплекса для расселения населения, соответствующего градообразующей группе предприятий и учреждений. При строительстве по типовым проектам ТЭО, производимые на первой стадии, являются исходным материалом для подбора найденных оптимальных решений из числа существующих типовых проектов. В случае отсутствия необходимых объемно-планировочных решений в существующем составе типовых проектов, они разрабатываются дополнительно. Проекты бывают экспериментальные, типовые, индивидуальные разового и повторного применения. По индивидуальным проектам разового применения обычно возводят объекты уникальных зданий и сооружений. Повторно используются индивидуальные проекты экономически целесообразных проектных решений объектов строительства немассового назначения. Экспериментальные проекты применяют для возведения зданий новых типов с целью проверки их в эксплуатационных условиях и последующего внедрения в массовое строительство. Типовые проекты предназначаются для многократного использования при строительстве объектов массового назначения на срок @10 лет. Типовое проектирование – это система разработки строительных проектов, основанная на типизации отдельных зданий и их фрагментов (блок-секций, полусекций, блок-квартир, лестничнолифтовых узлов и т.п.) с целью многократного применения их в строительстве. Применение типовых проектов дает возможность значительно удешевить и ускорить процесс проектирования, сведя его к выбору уже готовых типовых проектных решений зданий и привязке к конкретным условиям строительства. В жилищном строительстве широкое распространение получил метод типового проектирования серий жилых домов. В состав серий жилых домов входят проекты наиболее часто встречающихся в застройке отдельных типов домов и набор к ним типовых блок-секций. В блок-секционной схеме законченной единицей типового проектирования жилых зданий является блок-секция – повторяющаяся часть дома, сгруппированная вокруг лестничнолифтового узла. В состав архитектурной части проектов входят генеральный план, фасады, планы этажей, поперечные и продольные разрезы, чертежи и шаблоны архитектурных деталей, в т.ч. окна и двери, выполняемые по индивидуальному заказу. Экономическое обоснование осуществляется на всех стадиях проектирования. При выборе применяемых деталей и изделий экономическими расчетами определяют оптимальный класс точности их изготовления. Сравниваются затраты на выполнение сооружения или его части с разными уровнями точности. При использовании сборных деталей эти затраты складываются из двух составляющих – формула (12): Зоб = Зп + Зс (12) где Зп – затраты производства, включающие изготовление деталей, затраты на технологическое оборудование и измерительную аппаратуру; Зс – затраты на строительной площадке, связанные с монтажом и окончательной отделкой деталей. Затраты на производство Зп возрастают с повышением класса точности. Наступает момент, когда увеличения уровня точности можно достигнуть только на основе качественно новой технологии. Это вызывает большие дополнительные затраты на создание технологических линий, приобретение нового оборудования и даже строительство новых предприятий. Может возникнуть необходимость создания новой измерительной аппаратуры с большей разрешающе способностью, т.к. существующая непригодна для замеров с нужной точностью. С повышением уровня точности затраты на строительной площадке Зс уменьшаются, т.к. не требуются дополнительные затраты на подгонку при монтаже и последующую отделку. Оптимальным уровнем точности будет тот, при котором обеспечены минимальные затраты без ущерба качеству и прочности детали, т.е. Зоб = min. Проекты гражданских зданий обосновывают, сравнивая техникоэкономические показатели разных вариантных решений или сопоставляя с показателями выполненного раньше сооружения, принятого в качестве эталона. Конструктивные решения проекта сравнивают по приведенным затратам. Архитектурно-планировочные варианты оценивают объемными, планировочными показателями и индексом эффективности. Объемным показателем К2 определяют объем здания, приходящийся на единицу его функциональной площади, - формула (13): (13) где V – расчетный объем здания, м3; А – функциональная площадь, м2. Сущность показателя площади в зданиях разного назначения неодинакова. Так, для жилых зданий в качестве А используют жилую площадь дома, м2 В общественных зданиях основным функциональным показателем является рабочая площадь Плоскостным архитектурно-планировочным показателем является коэффициент К1, который рассчитывается по формуле (14) для оценки планировочных решений квартир в жилых домах (14) где Ао – общая площадь квартир, м2; и по формуле (15) в нежилых зданиях: (15) Для общественных зданий, функциональный показатель которых выражен в количестве рабочих, посадочных или зрительных мест, определяют плоскостной планировочный коэффициент К3 по формуле (16): (16) где N – количество функциональных мест в здании (рабочих, торговых, учебных и зрительных). Компактность объемно-планировочных решений характеризует коэффициент К4 – формула (17). Он выражает отношение площади ограждений к общей площади или объему здания. (17) где Аогр – площадь наружных ограждающих конструкций здания, м2. Сравнительную экономичность вариантов определяют по индексу эффективности – формулы (18) – (20). Э = ЕDС + DСэк (18) DС = Сi – Cj (19) DCэк = Сэкi - Сэкj (20) где Е – коэффициент эффективности; Сi; Cj – сметные стоимости строительства i-го и j-го вариантов, руб.; DСэк – разность эксплуатационных затрат по сравниваемым вариантам, руб. Когда варианты по своему планировочному или объемному решению не сопоставимы, вместо значения С – сметной стоимости строительства учитывают удельную стоимость строительства. Для этого сметную стоимость приводят к единице функционального показателя (объема, полезной или рабочей площади сооружения, одному рабочему или зрительному месту). Лекция №8. ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ПРОМ.ЗДАНИЙ. ОПТИМАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ. ОПТИМАЛЬНЫЙ ШАГ КОЛОН, ФЕРМ Технико-экономическая оценка проектов жилых и общественных зданий и сооружений Основные технико-экономические показатели: 2. Текущие затраты 3. Единовременные затраты 4.Социальная эффективность 1. Основные технико-экономические показатели. Выбор экономически более эффективных проектных решений проводят в процессе разработки типовых, экспериментальных или индивидуальных проектов разового применения. Экспертиза проектных предложений и разработка экспертных заключений невозможна без ТЭО отобранных проектов. Основными расчетными единицами при оценке проектов жилых зданий принимаются: квартира, 1 м2 жилой площади, 1 м2 полезной площади. При оценке общественных зданий и сооружений принимаются единицы их вместимости (мощности, пропускной способности). Основные расчетные единицы общественных зданий представлены в табл. 3. При ТЭО отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений в качестве расчетных единиц измерения для определения показателей сметной стоимости, затрат труда и потребности в основных материалах, а также текущих затрат принимаются, как правило, единицы измерения следующих конструктивных элементов (табл. 4). Таблица 3 – Основные расчетные единицы общественных зданий Наименование общественных зданий Расчетная единица измерения Школы общеобразовательные и детские дошкольные учреждения 1 ученическое место 1 место Высшие и средние специальные учебные заведения 1 учащийся Кинотеатры, театры, цирки концертные залы, клубы, дома культуры 1 место в зрительном зале Административные здания 1 м2 рабочей площади Больницы 1 койка Поликлиники 1 посещение в смену Библиотеки 1 тыс.томов Санатории, дома отдыха, пансионаты, мотели, гостиницы 1 место Предприятия торговли 1 м2 торгового зала Предприятия общественного питания 1 место в зале Предприятия бытового обслуживания 1 рабочее место Бани 1 место Прачечные и химчистки 100 кг сухого белья в смену Спортивные залы 1 м2 площади зала Наименование общественных зданий Расчетная единица измерения Музеи 1 м2 площади экспозиции Плавательный бассейн 1м2 площади водной поверхности ванн Таблица 4 – Единицы измерения при ТЭО конструктивных элементов Стены наружные и внутренние, перегородки 1 м2 поверхности за вычетом проемов Перекрытия 1 м2 площади, измеренной между внутренними отделанными поверхностями несущих стен (опор) Крыши, покрытия, лестничные марши и площадки 1 м2 площади горизонтальной проекции Окна и двери 1 м2 площади проема Основной целью ТЭО проектов строительства является выбор оптимального проектного решения в результате сравнительного анализа нескольких вариантов. Поэтому необходимо обеспечить сопоставимость анализируемых проектных вариантов. Сопоставимость должна быть обеспечена по: - ценам материалов и конструкций, принятых в проектном решении; - методам расчета стоимостных показателей в оценке эффективности; - кругу затрат, учитываемых в объеме капитальных вложений; - времени осуществления затрат; - мощности производственных помещений, пропускной способности или вместимости объектов непроизводственного назначения, по количеству рабочей или полезной площади; - характеру конструктивных и объемно-планировочных решений; - условиям строительства (климатическая зона, рельеф местности, гидрогеологические условия и др.); - расчетно-конструктивным предпосылкам (полезная, снеговая, ветровая нагрузки; наружная и внутренняя tо воздуха; сейсмостойкость и др.). Учет одинакового круга затрат: если стоимость жилого дома проекта-аналога определена вместе с благоустройством, тогда стоимость сравниваемого проекта должна быть подсчитана также вместе с благоустройством. Учет времени осуществления затрат производится тогда, когда строительство оцениваемого проектного решения намечено выполнять в зимних условиях. В этих случаях в сметной стоимости учитывается надбавка на производство работ в зимнее время. Если стоимость проекта-аналога подсчитана без надбавки на зимнее удорожание, то при приведении объектов сравнения к сопоставимым условиям из сметной стоимости сравниваемого проекта надо исключить надбавку на зимние работы. Когда капитальные вложения производятся разновременно, по очередям строительства, сравнение рассматриваемых объектов ведется с учетом коэффициента приведения по времени. При увеличении мощности, пропускной способности, вместимости, количества рабочей или полезной площади удельные капитальные вложения сначала резко уменьшаются до определенных границ, зависящих от функционального назначения объекта строительства. Затем уменьшение капитальных вложений замедляется. Для сравнения следует подбирать проект-аналог равной мощности с рассматриваемым объектом строительства, а если имеются нормативы удельных капитальных вложений, зависящие от мощности, то сопоставление надо вести по этим нормативам. Стоимость объектов строительства зависит от основных параметров объемнопланировочных решений. Поэтому для сопоставления проектов надо учесть все эти параметры. Например, известно, что стоимость 1 м2 жилой площади уменьшается при увеличении площади квартиры. Если сравнивается жилой дом, в котором средняя жилая площадь квартиры 40 м2, то и в проекте-аналоге сметную стоимость надо скорректировать на такую же площадь. При необходимости сопоставления проектов зданий, предназначенных для применения в различных природно-климатических условиях, определяется влияние на технико-экономические показатели сравниваемых проектов местных особенностей районов строительства (например, сейсмических условий относительно обычных). Сравниваемые проектные решения могут быть приведены к сопоставимому виду с помощью так называемых коэффициентов приведения, которые учитывают различие проектов по отдельным показателям на основе их стоимостного измерения. При сопоставлении проектов особое место занимает качество объектов. Некоторые вопросы качества объектов влияют на экономические показатели. Так, вопрос видимости тесно связан с распределением в зрительном зале мест по поясам, имеющим различную цену на билеты. В отдельных случаях для учета качества проектов применяют методы квалиметрии. При оценке проектных решений жилых и общественных зданий рассматриваются следующие технико-экономические показатели: объемно-планировочные; сметная стоимость строительства; затраты труда и расход материалов; показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов, годовые эксплуатационные затраты. Объемно-планировочная характеристика общественных зданий включает следующие показатели:  этажность,  вместимость (мощность или пропускная способность) здания; строительный объем;  площадь застройки здания; о  бщая площадь здания;  рабочая площадь здания с разбивкой по функциональным группам помещений; площадь летних помещений; площадь лестничных клеток, лифтовых холлов, галерей;  высота этажей;  ширина и длина корпуса;  площадь участка. Объемно-планировочные показатели жилых домов включают:  объем здания, приходящийся на 1 м2 жилой площади (объемный коэффициент),  объем здания на одну квартиру, о  бъем типового этажа на 1 м2 жилой площади. Объем зданий с чердачными покрытиями определяют умножением площади застройки здания выше цоколя на высоту от пола первого этажа до верха утеплителя чердачного перекрытия. Объем бесчердачных зданий вычисляют умножением площади поперечного вертикального сечения, измеренной по наружному обводу (включая фонари и надстройки), на длину здания. Площадь застройки равна произведению длины дома на его ширину, измеренным между наружными гранями наружных стен выше цоколя.Объем подвала устанавливается умножением площади застройки на высоту подвала от пола подвала до пола первого этажа. Кроме объемных коэффициентов, устанавливается отношение жилой площади к общей, жилая и общая площадь одной квартиры в среднем по дому. В состав рабочей площади общественных зданий входят площади всех помещений за исключением площади коридоров, тамбуров, переходов, помещений санитарнотехнического назначения (котельных, насосных, машинных отделений и т.д.). Общая площадь общественного здания равна сумме рабочей площади и площадей коридоров, тамбуров, переходов, а также помещений технического назначения. Показатели стоимости строительства жилого дома включают в себя: стоимость здания с выделением общестроительных работ; стоимость благоустройства участка и сооружения дворовых сетей; затраты на освоение территории; затраты, связанные с удорожанием работ в зимнее время, с устройством временных сооружений и т.д. Показатели стоимости строительства общественного здания: стоимость строительно-монтажных работ по основному зданию; затраты на приобретение технологического оборудования, мебели и инвентаря; стоимость подсобных зданий, благоустройства участка, малых форм, внешних сетей, инженерных сооружений и пр. Показатели трудовых затрат на строительство зданий складываются из затрат труда на строительной площадке и затрат труда на изготовление строительных материалов, изделий и конструкций. К ним относятся: затраты труда на возведение здания (с выделением общестроительных работ) в человеко-днях на 1 м2жилой (рабочей) площади и на 1 м3 здания; показатели расхода основных строительных материалов (стали, цемента, леса, кирпича и т.п.); вес здания, отнесенный на 1 м2 жилой (рабочей) площади и на 1 м3 здания. Показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов, содержат характеристику унификации конструкций и деталей по числу типоразмеров сборных элементов и коэффициент сборности – отношение стоимости сборных элементов и деталей к суммарной стоимости всех материалов и сборных элементов и деталей. Показатели годовых эксплуатационных затрат жилого дома должны включать в себя годовые текущие затраты на отопление зданий и содержание лифтов и лестниц, придомовой территории и административно-управленческие расходы. Для общественных зданий - стоимость заработной платы всего персонала учреждения, коммунальные расходы на содержание здания, условно-постоянные расходы на содержание учреждений. Оценка каждого проектного решения должна включать 3 этапа: - выбор эталона для сравнения оцениваемого варианта проекта; - расчет технико-экономических и социальных показателей оцениваемого проекта и эталона; - сравнение проектируемого здания с эталоном как определение степени приближения оцениваемого варианта к эталону через отношение стоимостных показателей. При оценке технико-экономические показатели сопоставляются с лучшими индивидуальными или типовыми проектами, принимаемыми в качестве аналогов (эталонов). Экономическая оценка проектных решений осуществляется по приведенным затратам. Приведенные затраты для оценки проектных решений состоят из годовых текущих затрат и удельных капитальных вложений, умноженных на коэффициент экономической эффективности, отнесенных к 1 м2 жилой площади. 2. Текущие затраты. В жилищном строительстве текущие затраты в основном представляют собой эксплуатационные расходы по содержанию жилого дома. Эксплуатационные расходы состоят из: - административно-управленческих расходов ЖЭО; - расходов на содержание территории домоуправления; - расходов на содержание лестниц, лифтов и мест общего пользования; - расходов на осуществление текущего ремонта; - коммунальных расходов на обслуживание инженерного оборудования (отопление, электроосвещение, канализация, водоснабжение, газ); - амортизационных отчислений. Административно-управленческие расходы колеблются в зависимости от жилой площади, обслуживаемой одним домоуправлением. С ростом этажности они, как правило, уменьшаются. Расходы на содержание территории домоуправления включают: содержание дворников, освещение дворовой территории, содержание зеленых насаждений, уборку снега, сбрасывание снега с крыш, посыпку тротуаров песком, поливку убираемой площади и вывоз мусора. Затраты на содержание лестниц (без лифтов), текущий ремонт и амортизационные отчисления не изменяются при изменении этажности дома. Расходы на водоснабжение, электроснабжение, газоснабжение и канализацию в основном исчисляются по существующим тарифам независимо от объемно-планировочных решений жилых зданий. Эксплуатационные затраты на содержание лифтов и отопление резко изменяются в зависимости от этажности жилого дома. Затраты на содержание лифтов включают: амортизационные отчисления на реновацию, заработную плату, электроэнергию, технический надзор и ППР. Эти затраты зависят от характера их обслуживания, от типа лифтовой шахты, расположения машинного отделения и от грузоподъемности лифта. Обслуживание лифтов осуществляется лифтером-обходчиком, обслуживающим 4-7 лифтов, или диспетчерским пунктом, с пульта управления, обслуживающего до 20 лифтов. Конструкции шахт бывают глухие, выполненные из стеновых материалов жилого дома, и сетчатые – металлические. Машинное отделение располагается внизу или наверху шахты лифта. Содержание глухих шахт дешевле, чем металлических. Самые низкие эксплуатационные расходы по лифтам с глухими шахтами, с машинным отделением наверху и с диспетчерским управлением. Текущие затраты на отопление дома изменяются в зависимости от изменения объемно-планировочного и конструктивного решения жилого дома и определяются с учетом площади теплопередачи и площади ограждающих конструкций. Площадь ограждающих конструкций, отнесенная к 1 м2 жилой площади (удельная площадь), характеризует теплопотери здания в зависимости от его объемно-планировочного решения. В зависимости от конструктивного решения ограждений изменяется их теплотехническая характеристика – коэффициент теплопередачи и его обратная величина – сопротивление теплопередаче. Удельная площадь ограждающих конструкций изменяется в зависимости от ширины, длины жилого дома, высоты этажа, количества этажей и отношения площади застройки к жилой площади – формула (21). Теплопотери через пол первого этажа не учитываются в связи с тем, что в многоэтажных жилых домах обычно предусматриваются подвалы. (21) (22) где F н.ст.у. и F о.к.у. – удельная площадь наружных стен и ограждающих конструкций соответственно; где F н.ст.у. и F о.к.у. – удельная площадь наружных стен и ограждающих конструкций соответственно; i – отношение площади застройки к жилой площади (одного этажа); m – отношение длины секции к ширине дома; r – число секций в доме; h – высота этажа; B – ширина жилого дома; Bmr – длина дома; n – количество этажей. От изменения удельной площади ограждающих конструкций зависят общие теплопотери, а следовательно, и расходы на отопление здания. Удельная площадь покрытий уменьшается при увеличении этажности, а удельная площадь стен увеличивается в связи с уменьшением выхода жилой площади, вызываемого установкой лифтов. Когда определяется удельная площадь стен в зданиях более сложной конфигурации их в плане, пользуются формулой (23): , (23) где Р – периметр наружных стен; Fз – площадь застройки здания. Полная удельная площадь ограждающих конструкций определяется по формуле (24): (24) Годовые затраты на отопление прямо пропорциональны разности расчетных температур, годовому периоды отопления, стоимости 1 Гкал топлива и обратно пропорциональны сопротивлению теплопередаче. Величина этих затрат в зависимости от объемно-планировочного решения в рублях на 1 м2 жилой площади рассчитывается по формуле (25): (25) где Fпок.у. – удельная площадь покрытийми Rпок – сопротивление теплопередаче покрытий; Rср.ст. – среднее сопротивление теплопередаче наружных стен – формула (27). Wо = zNDTk10-6 (26) где z – продолжительность отопительного периода, ч./сут.; N – отопительный период, суток в году; DT = (tв – tн) – разность расчетных температур внутри помещения и наружного; k – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь здания за счет инфильтрации, а также через участки стен за радиаторами и потери тепла в неотапливаемых помещениях k = 1,4; ЦТЭЦ – стоимость 1 Гкал тепла, получаемой от ТЭЦ; 1,5 – коэффициент, учитывающий полные приведенные затраты на отопление, включающие и сопряженные затраты: амортизационные отчисления, текущий ремонт систем отопления зданий, котельных (или ТЭЦ), тепловых сетей с учетом теплопотерь в тепловых сетях, расходы электроэнергии, заработную плату персонала, занятого в котельных или ТЭЦ, плановые накопления, расходы на управление, охрану труда и технику безопасности. Rср.ст. = Rст. – Rст.r + Rокr м2*ч*град/ккал (27) где Rст – сопротивление теплопередаче глухих наружных стен; Rок – сопротивление теплопередаче оконных заполнений; Rпок – сопротивление теплопередаче покрытий; r - коэффициент остекления, равный отношению площади оконных проемов к площади наружных стен. Площадь оконных проемов устанавливается в зависимости от степени освещенности жилых комнат, равной отношению площади оконных проемов к площади жилых комнат. Минимально допустимая площадь оконных проемов в жилых комнатах 1/8 от площади пола; большая не нормируется. В полную номенклатуру статей текущих (эксплуатационных) затрат общественных зданий входят 30-40 позиций, большинство из которых зависит от типа здания, его объемно-планировочного и конструктивного решения. Для расчета показателей при ТЭО проектных решений годовые эксплуатационные расходы объединяют в следующие группы: 1 – эксплуатационные затраты, связанные с производственной деятельностью учреждения: заработная плата основного персонала, осуществляющего функционирование объекта; затраты, связанные с выполнением производственного процесса; 2 – эксплуатационные затраты, относящиеся непосредственно к содержанию здания: расходы на отопление, вентиляцию, содержание зданий в чистоте, амортизационные отчисления, расходы на текущий ремонт и прочие затраты; 3 – эксплуатационные затраты, не зависящие от типа здания, его объемнопланировочного и конструктивного решения: расходы по рекламе, по культурному обслуживанию населения. Текущие затраты, связанные с производственной деятельностью учреждения или предприятия, не зависят от объемно-планировочного и конструктивного решения здания. При расчете эксплуатационных затрат, необходимых в оценке проектного решения общественных зданий, также как и жилых, надо в первую очередь учитывать расходы на отопление. Они важны для оценки ограждающих конструкций. В зданиях с подвалами, в которых температура отклоняется не более 5оС от внутренней температуры вышележащего помещения, теплопотери через пол не учитываются. Расходы на отопление изменяются в зависимости от изменения формы здания в плане. Расходы на отопление здания в большой степени зависят от коэффициента остекления r - отношения площади оконных проемов к площади наружных стен. Если помещения освещаются через сплошное остекление, то r = 1; если через ленточное остекление - r = 0,5; если через отдельные оконные проемы - r = 0,3. В зданиях с неизменной высотой, шириной, длиной корпуса и общей площадью пола, если принять теплопотери через 1 м2наружных стен с коэффициентом остекления r = 0,3 за 100%, то при ленточном остеклении теплопотери через стены составят 120%, а при сплошном – 181 %. Годовой расход тепла рассчитывается в зависимости от удельных теплопотерь здания и продолжительности отопительного периода. Удельные теплопотери здания определяют специальным расчетом на основании показателей площади ограждающих конструкций и их тепловой характеристики. Стоимость электроосвещения определяется с учетом установленной мощности осветительных установок, режима работы учреждения, коэффициента одновременности использования осветительных установок. 3. Единовременные затраты. К единовременным затратам относятся капитальные вложения на создание, расширение и реконструкцию основных фондов. Единовременные затраты, отнесенные на единицу вместимости учреждения или предприятия называются удельными капитальными вложениями. При оценке объемно-планировочных решений жилых зданий под удельными капитальными вложениями понимается сметная стоимость дома, инженерного оборудования и благоустройства микрорайона и города (включая и сопряженные затраты на возведение головных сооружений), отнесенная к 1 м2 жилой или полезной площади. В единовременные затраты на строительство общественных зданий входят: сметная стоимость здания; стоимость технологического оборудования, мебели и инвентаря; сметная стоимость инженерного оборудования и благоустройства территории. Удельные капитальные вложения выражаются формулой (29): (29) где Сс.з. – сметная стоимость здания; М – вместимость или пропускная способность учреждения, предприятия; Ус.з. – удельный вес сметной стоимости здания в капитальных вложениях, равный 0,6 – 0,65. Сметная стоимость здания выражается формулой (30): (30) где Со – сметная стоимость основных конструктивных элементов; 0,62 – уд. вес стоимости основных конструктивных элементов в сметной стоимости здания. Определение сметной стоимости общестроительных работ производится умножением сметной стоимости здания на удельный вес общестроительных работ – формула (31): Со.р = Сс.з. * 0,8 (31) Сметная стоимость зданий, приходящаяся на единицу вместимости, определяется делением сметной стоимости здания на вместимость – формула (32): (32) Удельные капитальные вложения – формула (33): (33) где 0,63 – удельный вес стоимости строительно-монтажных работ в капитальных вложениях. На стадии рабочего проекта оценку производят по следующим показателям. А. Показатели сметной стоимости строительства Сметная стоимость здания на расчетную единицу. Стоимость общестроительных работ. Стоимость оборудования, мебели, инвентаря на расчетную единицу. Стоимость благоустройства на расчетную единицу. Б. Объемно-планировочные показатели Жилая (рабочая) площадь Полезная площадь Общий строительный объем здания на расчетную единицу Отношение полезной площади к рабочей Объем типового этажа на 1 м2 жилой площади по этажу Отношение жилой площади к полезной Средняя жилая (полезная) площадь на 1 квартиру В. Показатели затрат труда Затраты труда на возведение здания на расчетную единицу В том числе и на общестроительные работы Г. Расход основных строительных материалов на расчетную единицу В том числе: Коэффициент сборности Вес здания Д. Показатели годовых эксплуатационных затрат Текущие затраты на расчетную единицу Удельные капитальные вложения Приведенные затраты на расчетную единицу А. Показатели сметной стоимости строительства. Сметная стоимость строительства отдельных объектов и видов работ на стадии техно-рабочего проекта определяется по прейскурантам, сметам к типовым и повторно применяемым экономичным индивидуальным проектам или по сметам, составленным по рабочим чертежам. Б. Объемно-планировочные показатели. Функциональная и полезная площади подсчитываются по проекту. Делением общего строительного объема на вместимость или на рабочую площадь определяется объем, отнесенный к единице вместимости и 1 м2рабочей площади. В. Показатели затрат труда. Определяются по укрупненным сметным нормам на конструкции и виды работ (УКН). Д. Показатели годовых эксплуатационных затрат. Это предыдущий вопрос нашей темы. Показателем обобщенной оценки проектного решения являются приведенные затраты. При расчете приведенных затрат общественных зданий надо четко представить цель и задачу сопоставления проектных решений. Задача 1: произвести ТЭО общественных зданий в целях выбора эффективной вместимости при одинаковых объемно-планировочном и конструктивном решениях. Задача 2: произвести ТЭО в целях выбора эффективного объемнопланировочного решения общественного здания. Задача 3: ТЭО для выбора эффективного конструктивного решения здания. Для решения этой задачи принимают здания одинаковой вместимости и близких объемно-планировочных решений. Показатель экономического эффекта определяется по разности приведенных затрат по формуле (34): Э = По – Пн (34) где По – приведенные затраты по эталонному варианту, руб.; Пн – приведенные затраты по новому варианту, руб. Как уже говорилось, сопоставление удельных капитальных вложений, текущих затрат и приведенных затрат вариантов техно-рабочих проектов производится с показателями проекта-аналога, лучшего индивидуального проекта или нормативов. В случае отсутствия таковых, соответствующих разработанному техно-рабочему проекту объекта строительства, производится оценка 2-3 вариантов и выбирается лучший из них по показателям. При этом расчет удельных капитальных вложений можно производить по сметным справочникам, прейскурантам или укрупненным нормам. Социальная эффективность. До сих пор мы говорили о стоимостной оценке проектов жилых домов. Но стоимостные показатели не могут служить критериями качества предметов. Экономичность определяет уровень затрат на производство изделий, но не их качество. Архитектурные и экономические показатели жилища должны не суммироваться, а сопоставляться путем отношения оценок качества жилого дома или его отдельных решений к затратам, обеспечивающим достижение этого качества. Такое сопоставление выражает эффективность жилищного строительства. Технико-экономическая эффективность и ее показатель приведенных затрат не могут выступать критериями развития жилищного строительства, т.к. любое существенное улучшение качества и потребительских свойств жилища ведет к дополнительным расходам. Поэтому основной критерий эффективности жилищного строительства социально-экономическая эффективность. Технико-экономическая эффективность характеризует эффективность жилища как инженерного сооружения, а социально-экономическая – как среды человека. Социально-экономическая и технико-экономическая эффективности образуют общую (суммарную) эффективность и являются основными составляющими системы критериев качества и эффективности жилищного строительства. Исходными критериями общей системы являются социальные, технические и экономические показатели. Социальные показатели – обеспеченность населения жилищами, характер их заселения, показатели потребительских свойств жилища, его отдельных частей, оборудования и отделки. Они определяют функциональнопланировочные и архитектурно-художественные решения жилого дома, его санитарно-гигиенические, эргометрические и др. социальные характеристики. Способы выражения социальных показателей м.б. метрические, балльные и альтернативные. Технические показатели – габариты, размеры зданий, их конструктивных частей, показатели надежности и долговечности и т.п. Они характеризуют качество объектов жилищного строительства как инженерных сооружений, а также качество СМР, строительных материалов и изделий. Экономические показатели – стоимостные показатели капитальных вложений, объемов строительно-монтажных работ, стоимость и себестоимость материально-технических и трудовых ресурсов, сметные нормы, цены, расценки и др. С помощью социальных и технических показателей дается социальная и техническая оценка качества жилища. Социальная оценка качества жилища характеризует степень удовлетворения социальных требований, предъявляемых к жилищу, путем сравнения фактических показателей с нормативными или оптимальными, базовыми, эталонными. Техническая оценка качества жилища характеризует степень удовлетворения технических требований к зданию как к инженерному сооружению путем сравнения фактических показателей с нормативными и проектными. Социальная и техническая оценки определяют общее качество жилища и жилищного строительства. На основании технических, экономических и социальных показателей дается технико-экономическая и социально-экономическая оценка. Технико-экономическая оценка – это сопоставление технических показателей с экономическими. Она определяет удельную стоимость жилища, его отдельных частей, конструкций, отделки и оборудования, показывает зависимость стоимостных показателей от технических. Социально-экономическая оценка – это соотношение социальных и экономических показателей, определяемое количеством баллов, процентов, часов увеличения свободного времени, градусов приближения температуры к комфортной и др. и измерение потребительских свойств жилища, приходящихся на 1 руб. затрат. Социально-экономическая оценка качества жилища предполагает последовательно: социальную оценку качественных признаков, определение затрат на изменение этих признаков в рассматриваемом диапазоне, сопоставление социальных оценок с затратами и выбор эффективных путей улучшения качества отдельных признаков и жилища в целом. Основные социальные результаты улучшения жилищно- бытовых условий – увеличение свободного времени, сокращение заболеваемости и рост производительности труда. Итоговый расчет социально-экономической эффективности – это определение разности годовой экономической оценки социальных результатов и народнохозяйственных затрат, необходимых для достижения этих результатов. При этом экономическая оценка социальных результатов должна быть приведена к моменту затрат. При оценке проектов общественных зданий также необходимо учитывать их социальную эффективность. Показатели социальной эффективности проектов общественных зданий: - увеличение фонда свободного времени, используемого для творчества, отдыха, физической культуры; - решение градостроительных проблем, включая создание культурнопросветительных, зрелищных и спортивных зданий и сооружений при их оптимальном размещении и т.д.; - развитие и улучшение качества коммунально-бытового обслуживания населения. При комплексной оценке экономической и социальной эффективности сравниваемых вариантов общественных зданий и сооружений применяются следующие методы: нормативный метод; максимизации эффекта при фиксированных затратах; минимизации затрат для достижения заданного социального результата; оценки экономии времени населением при использовании услуг; оценки сопутствующего экономического эффекта; максимизации прибыли, получаемой при реализации услуг и др. Под нормативным подходом к определению эффективности подразумевается метод сравнительной эффективности, т.е. оценка вариантов по минимуму разности приведенных затрат при условии соблюдения всех социальных стандартов. Систему социальных стандартов составляют нормативы условий труда, жизни и комфорта. К ним относятся: СНиПы строительства общественных зданий и учреждений в расчете на 1 тыс. человек определенных демографических групп; нормы потребления воды, энергии, тепла и др.; нормы пожарной безопасности; нормы комфорта: освещенность, тепло, влажность воздуха помещений, высота помещений; градостроительные нормы: плотность застройки жилых районов, плотность их заселения и т.п.; нормы обслуживания в учреждениях непроизводственной сферы. Учет социальных показателей при оценке вариантов проектных решений означает, что если, например, оказалось, что один из вариантов характеризуется лучшими показателями капитальных вложений и эксплуатационных затрат, то вопрос о выборе варианта решается с учетом затрат времени населением, которое пользуется услугами данного учреждения. Затраты времени населением выражаются в денежной форме. Стоимость 1 чел.-ч непроизводительных затрат времени населения принимается в размере 50% среднечасовой оплаты производительного труда. В случае невозможности выражения социальных показателей в денежной форме, значение их определяется на основе экспертных оценок. При определении эффективности проектных решений соизмеряются результаты и вызвавшие их затраты. Одновременно определяются размеры прибыли объекта и уровень рентабельности их деятельности. Показатели рентабельности являются как количественными, так и качественными результатами работы учреждений, т.к. в них отражаются посещаемость и конкурентоспособность объекта. При оценке рентабельности учитывают улучшение условий труда. При этом если в одном из проектов при одинаковых с другими затратах улучшаются условия труда обслуживающего персонала, такое проектное решение считается лучшим. Показатели рентабельности объектов определяются показателями прибыли от их функционирования. Показатель прибыли используется для оценки проектов следующим образом: А) для определения уровня общей эффективности и сроков окупаемости капитальных вложений. Уровень рентабельности определяется как отношение годовой прибыли к показателям стоимости строительства. Срок окупаемости капитальных вложений (Ток) – величина, обратная уровню рентабельности. Ток рассчитывается как отношение стоимости строительства к показателям годовой прибыли. Эти количественные показатели эффективности проектов имеют основное значение при выборе Лекция №9 ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЕ СТЕРЖНЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ КАНАТЫ КАК ОСНОВНОЙ НЕСУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Характеристики канатов Канатные элементы предназначены для восприятия больших растягивающих усилий в конструкциях и передаче их на опорный контур, анкерные узлы и якоря. Они характеризуются относительно малым поперечным сечением и весом. Такие свойства канатов обеспечиваются за счет высоких прочностных характеристик благодаря их химическому составу, технологии изготовления и термической обработке проволок, являющихся составной частью канатов и прядей. Рассмотрим некоторые из этих характеристик. Канатные проволока и пряди Стальная проволока для канатов изготовляется обычно из углеродистой нелегированной стали с содержанием углерода от 0,4 до 0,9% (ГОСТ 737279, проволока стальная канатная). Легирующие добавки других элементов незначительны и составляют: кремний - 0,1 - 0,3 %, марганец - 0,3 - 0,7 %, содержание фосфора и серы не превышает 0,04 %. С увеличением содержания углерода увеличивается предел прочности и уменьшается относительное удлинение при разрушении. Высокое содержание серы и фосфора уменьшает вязкость металла. В последнее время при изготовлении канатов иногда используется высокопрочная нержавеющая и атмосферостойкая проволока. Чаще всего это хромоникелемолибденовые стали (стали 17Х12Н7, 5Х17Н12Мо2, 12Х17Н7, 5Х17Н12М2 - за рубежом и ОХ18Н9, Х18Н9Т - в нашей стране). Нержавеющие стали имеют аустенитную структуру. Канаты из таких сталей немагнитные в отличие от канатов из обычных углеродистых сталей к ним не применим магнитно-индуктивный способ контроля качества. Проволока из легированной нержавеющей стали не обладает коррозионной стойкостью для абсолютно всех окружающих сред и потому при выборе материалов необходимо принимать во внимание коррозионные свойства среды области применения. Проволоки из углеродистой и нержавеющей сталей изготавливаются прокаткой и волочением. Нержавеющая проволока имеет более низкие прочностные характеристики, чем углеродистая. Прочность низколегированной проволоки из условия работы на изгиб несколько ниже прочности углеродистой. Проволока для канатов получает высокую прочность благодаря термообработке и волочению. Исходным полуфабрикатом для изготовления проволоки для канатов является катаная проволока диаметром 5,5 мм и больше. С нее удаляют окалину и патентируют. Патентирование проволоки заключается в ее разогреве до получения аустенитной структуры и последующем быстром охлаждении в ванне (обычно из расплавленного свинца) нагретой до температуры от 400°С до 600°С в зависимости от вида стали, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. На рис 1.1 показан график изменения температуры при патентировании. Сталь благодаря патентированию получает сорбитную структуру, представляющую собой смесь феррита и цементита и отличающуюся от перлита более тонким дисперсным строением, пригодную для процесса волочения. В последнее время вместо патентирования используется процесс многоступенчатого охлаждения при прокатке. С помощью такого многоступенчатого охлаждения и его различной интенсивности достигается структура, аналогичная той, которая получается при патентовании. При многоступенчатом волочении в зависимости от содержания углерода поперечное сечение уменьшается на 75 - 95 %. К примеру, можно вытянуть из проволоки диаметром 6 мм за шесть ступеней проволоку диаметром 2 мм. Для изготовления профильной проволоки может использоваться вместо волочения прокатка. В зависимости от способов изготовления проволоки сильно изменяются ее свойства. Так, чем больше будет изменение диаметра проволоки при волочении и содержания углерода в ней, тем выше ее прочностные свойства. При этом уменьшается величина пластичности стали при работе на растяжение и изгиб. У тонкой проволоки диаметром менее 0,8 мм предел прочности достигает 4000 Н/мм2, у толстой - 2500 Н/мм2. Для изготовления канатов применяется проволока, предел прочности которой при растяжении не превышает 2160 Н/мм2. Защита канатной проволоки от коррозии осуществляется, как правило, с помощью цинкования. Для покрытия проволоки применяется горячее и гальваническое цинкование. При горячем цинковании на пограничной области "цинк - железо" образуется легирующий слой твердого цинка. Внешний слой состоит из чистого цинка. Слой твердого цинка обладает повышенной хрупкостью, что может привести к откалыванию его и нарушению поверхности защиты, с другой стороны, твердый цинк корродирует медленнее. При гальваническом цинковании легирующего слоя не образуется. Слой цинка может быть достаточно толстым. Вследствие относительно высокой стоимости и отрицательного воздействия такого технологического процесса на окружающую среду подобный способ покрытия применяется в последнее время значительно реже. При горячем цинковании температура цинковой ванны составляет от 440°С до 460°С, что приводит к некоторому снижению прочности проволоки при нанесении покрытия. Поэтому для восстановления прочностных характеристик оцинкованной проволоки производят последующее волочение. Различают (по ГОСТ 7372 - 79) три группы плотности цинкового покрытия: ОЖ - для особо жестких условий работы, Ж - для жёстких условий работы, С - для средних условий работы проволоки. Поверхностная плотность цинка должна соответствовать нормам. Так, например, для проволоки диаметром 1,6 мм поверхностная плотность цинка в г/м2 должна быть не менее: для групп ОЖ - 200, Ж - 170, С - 70. Аналогичные показатели для проволок зарубежного производства равны соответственно: 190 -110 - 90. Оцинкование проволоки позволяет обеспечивать надлежащую антикоррозийную защиту. Повреждение цинкового слоя образует активную защиту, где цинк является разрушающимся анодом. В последнее время нашла применение проволока с эвтектическим цинко-алюминиевым легированием покрытия (с 5 % алюминия). Оболочка из такого покрытия обладает хорошей коррозионной устойчивостью и устраняет недостатки твёрдого цинкового слоя. Однако износоустойчивость такого покрытия несколько ниже, чем покрытие из чистого цинка. Как правило, проволока для канатов имеет круглый профиль сечения. Однако применяется проволока с отклонениями профиля сечения от круглого. Такая проволока называется профильной, основные её представители приведены на рис. 1.2. Z-образные, приталенные и клиновые профили применяются для изготовления закрытых спиральных канатов. Трёхгранные, плоские и овальные профили используются в прядях специальной формы. В висячих конструкциях внешнюю нагрузку воспринимают тросы (стальной канат), кабели, цепи,прокатный металл и листовые мембраны, работающие только на растяжение. В вантовых системах ванты (нити) или тросовые плоские, или пространственные фермы поддерживают жесткие элементы (балки, плиты, арки, рамы), работающие на изгиб, в проектном положении, а уже на эти жесткие элементы укладывают ограждающие конструкции. Висячие тросовые конструкции (тросовые сети) отличаются от вантовых систем тем, ограждающие элементы в них укладываются непосредственно на тросы или тросовую сеть. Ванты иногда называют открытыми тросами. В зависимости от формы, материала несущих элементов, их расположения, конструктивных особенностей, способа обеспечения жесткости пролетных несущих элементов висячие покрытия подразделяют по очертанию в плане (прямоугольные, круглые, овальные и сложной формы); по расположению тросов или вант (параллельное, радиальное и перекрестное); по форме поверхности, образуемой несущими элементами; по виду применяемого несущего материала, перекрывающего пролет (тросы, ванты, цепи, прокатный металл, мембраны); по способу устройства покрытия и принятых расчетных схем (висячие вантовые, висячие тросовые, висячие мембранные, висячие комбинированные с совместной работой гибких нитей и материала покрытия); по способу стабилизации конструкции покрытия от воздействия ветрового отсоса (пригружением; ужесточением с помощью предварительного напряжения конструкции и омоноличивания оболочки покрытия; предварительным напряжением несущих тросов стабилизирующими тросами); по взаимоположению несущих и стабилизирующих тросов (однопоясные, у которых несущие и стабилизирующие тросы лежат в одной поверхности (рис. 1), но имеют кривизну разных знаков; двухпоясные, у которых несущие и стабилизирующие тросы расположены в разных поверхностях (рис. 2), причем несущие тросы всегда выгнуты книзу, а стабилизирующие – кверху). Тросовые и вантовые конструкции позволяют перекрывать пролѐты более 200 м, однако обычно диапазон перекрываемых пролѐтов составляет 50-150 м. ЦНИИСК им. Кучеренко предложил выделить в отдельную группу металлические уникальные большепролетные сооружения, к которым следует относить объекты, имеющие пролеты более 60 м при принципиально новых конструктивных решениях, требующих разработки специальных методов расчета, экспериментального исследования и т. п. и объекты пролетом более 100 м при конструктивных решениях, успешно опробованных в практике проектирования, строительства и эксплуатации. Виды и конструктивные особенности тросовых висячих покрытий и конструкций Основные достоинства висячих тросовых и вантовых конструкций заключаются в эффективном использовании всей площади поперечного сечения растянутых элементов при восприятии внешних нагрузок и поэтому оправдано применение высокопрочных сталей, что существенно уменьшает расход стали на единицу площади сооружения; при монтаже не требуется устройство лесов и подмостей, что приводит к снижению стоимости покрытия; гибкие стальные канаты, ленты при транспортировке могут быть свернуты в бухты, рулоны; нет необходимости проводить расчет конструкции на устойчивость. Недостатки тросовых висячих конструкций будут указываться по ходу изложения материала. Лекция №10 ЖБК. Эффективность применения сборных железобетонных конструкций Сущность предварительного напряжения Прочность бетона на растяжение в несколько раз ниже прочности на сжатие. При действии нагрузки бетонная балка разрушается от достижения в растянутой зоне предельных растягивающих напряжений задолго до исчерпания прочности сжатой зоны. Разрушение происходит внезапно, одновременно с образованием трещин в бетоне средней части пролета или под грузами. Наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим использование стали повышенной прочности в бетоне растянутой зоны железобетонных конструкций без снижения их эксплуатационных качеств, является предварительное напряжение путем искусственного натяжения арматуры и обжатия бетона. Железобетонными предварительно напряженными называются такие конструкции, изделия и элементы, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно создаются собственные напряжения сжатия всего или части бетона и растяжения всей или части арматуры. Напряжения должны быть оптимально распределены в элементах конструкции. Сущность процесса предварительного напряжения железобетона заключается в следующем. В железобетонной конструкции для арматуры применяют высокопрочную сталь. Перед укладкой бетона в конструкцию стальной арматурный стержень растягивают до напряжений в нем, меньших предела упругости, и затем конструкцию бетонируют. При затвердевании бетона происходит сцепление с ним растянутого стержня. Когда прочность бетона оказывается достаточной для обжатия, равной 0,7 или близкой к проектной, снимают усилия, растягивающие стержень. Стержень стремится вернуться к первоначальной (до приложения растягивающего усилия) длине. Бетон, сцепившийся со стержнем, не дает ему сократиться, воспринимая сжимающее усилие от стержня. В таком положении бетон оказывается сжатым, а стержень — растянутым. Повышение трещиностойкости и жесткости предварительно напряженных железобетонных конструкций можно проследить по схеме работы центрально растянутых обычных и предварительно напряженных железобетонных элементов ( 34). Из схемы видно, что если внешняя нагрузка не превышает усилий обжатия бетона, то в предварительно напряженном элементе не появляются трещины, если же внешняя нагрузка превышает усилие обжатия, то трещины появляются, но после снятия нагрузки снова закрываются. В обычном железобетонном элементе трещины появляются раньше, они раскрываются шире и не закрываются после снятия внешней нагрузки. Железобетонные конструкции — основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ. Предварительно напряженные железобетонные конструкции — строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня. Преимущества Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности. Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать расход арматуры (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов. Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства. Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент — преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия. Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности. Недостатки Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования. Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру. Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий. Материалы для конструкций Железобетон — многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения. Бетон Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения. Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0. Арматура Стальная начинка должна оставаться напряженной в железобетонном изделии на всем интервале эксплуатации, выдерживая без вытяжения длительно приложенные нагрузки. В преднапряженных изделиях из железобетона используется высокопрочная сталь с незначительной текучестью, соответствующей параметрам ползучести бетона. С целью компенсирования эксплуатационной потери некоторой величины преднапряжения при изготовлении ее значение устанавливают чуть выше, чем предусмотрено строительными требованиями для конструкционного элемента. В продукции применяют горячекатаную упрочненную, холоднодеформированную арматуру, арматурную проволоку (пучки, пакеты, пряди), канаты, сварные каркасы и пр. Поперечное сечение арматуры может быть гладким, периодическим, а укладка проволоки и канатов серповидной и кольцевой. Сталь должна гарантированно соответствовать установленному классу относительно прочности по преднапряженному растяжению (текучесть металла должна находиться в пределах 0,2% относительного удлинения) с вероятностью от 0,95 и выше. Арматуре необходимо быть пластичной, хладостойкой, свариваемой и пр. Надежное сцепление с бетонной смесью обеспечивается формированием арматурой сложных пространственных поверхностей. Области использования конструкций Предварительно напряженный бетон позволяет сократить до 50% расхода арматурной стали. Преднапряженные изделия используются, когда применение обычного железобетона нецелесообразно (перерасход материалов, рост веса и стоимости, невозможность обеспечить несущую прочность и пр.). Сферами их использования являются гражданское, промышленное, специальное и гидротехническое строительство. Объекты — каркасы и мосты с широкими пролетами, напорные трубопроводы, плотины, водонепроницаемые емкости и пр. А также из них создают подпорные стены, ограждающие панели, лестничные марши, подкрановые балки, фундаменты, колонны, столбы ЛЭП, каркасы тоннелей, междуэтажные перекрытия и пр. Такая продукция незаменима и при возведении построек в условиях взрывои сейсмоопасности. Особенно эффективна она при формировании сборномонолитных конструкций, когда отдельные преднапряженные сборные элементы соединяются в проектном положении арматурой так, что работают как одно целое. Вывод Преднапряженные изделия из железобетона имеют много достоинств. Их недостатки могут быть нивелированы качеством проектирования, производства и монтирования, способствующим длительной эксплуатации. Лекция №11 Повышение экономичности конструктивных форм От уровня проектных решений в большей степени зависят экономическая эффективность проектируемого объекта, условия эксплуатации, себестоимость выпускаемой продукции. Основными направлениями повышения экономичности проектных решений представляются следующие: совершенствование объемно-планировочных решений, конструктивных решений, применение прогрессивных материалов и конструкций (рис. 1). Рис. 1. Основные направления и названия экономичности проектных решений Совершенствование объемно-планировочных решений. На экономичность проекта в большой степени влияет увеличение плотности застройки территории. При низком коэффициенте застройки возрастает протяженность инженерных коммуникаций, дорог, увеличиваются затраты на благоустройство, издержки на внутризаводской транспорт и эксплуатацию инженерных сетей. Компактного размещения объектов на территории достигают, уменьшая разрывы между зданиями. Взаимное расположение зданий промышленного предприятия на местности зависит от вида применяемого внутризаводского транспорта, особенно велики разрывы при применении железнодорожного транспорта. Этим объясняется применение данного вида транспорта только для перевозки топлива, сырья, строительных материалов и вывоза готовой продукции. Укрупнение и блокирование зданий позволяет существенно сократить удельные капитальные вложения и увеличить плотность застройки территории. Процесс укрупнения зданий характерен для всех видов строительства. В крупных городах строящиеся жилые дома (на 200—500 квартир) имеют большую протяженность и высокую этажность. В сельском хозяйстве сооружают свинооткормочные комплексы на 100—180 тыс. голов, строят крупные птицефабрики и фермы молочного скота. Создаются крупные межколхозные, районные и межрайонные предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственные продукты. Лекция №12 Методы оптимального проектирования и сравнительного экономического анализа конструкций Уровень интегрального или обобщенного качества индивидуальных жилых домов определяется их функциональными, архитектурными, конструктивными, гигиеническими, эстетическими, экономическими и многими другими комплексными и единичными показателями качества. Они могут быть выражены как в количественной, так и в качественной, описательной форме. Высокие показатели этих характеристик обеспечивают индивидуальный комфорт проживания людей в домах и, как следствие, общую социальную эффективность всей жилой среды и прогресс человечества. В связи с этим, главной целью проектирования и строительства индивидуального жилья является достижение именно комфорта. Для реализации этой цели требуется выполнять целый ряд сложных требований и учитывать комплекс специфических факторов. Существует большое многообразие требований и факторов, основные из которых можно условно классифицировать на четыре больших группы: а) группа природно-климатических факторов; б) группа социально-психологических факторов; в) группа архитектурно-строительных требований; г) группа экономических требований. На проектирование индивидуального жилья могут влиять и другие условия. В группу природно-климатических факторов входят следующие факторы: 1) условия атмосферы — газообразной оболочки земли; 2) условия гидросферы — водной оболочки земли; 3) условия литосферы — верхней твердой оболочки земли; 4) растительный и животный мир. Наибольшее влияние на проектирование индивидуального жилища оказывают атмосферные условия. Это связано с тем, что именно состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности земли, а также газовое и влажностное состояние воздуха. На Земле существуют различные географические зоны, которые определяются, в основном, различным соотношением тепла и влаги в воздухе — тропики, пустыни и т.д. На территории Российской Федерации и государств, входящих ранее в состав СССР выделены четыре основные климатические района, внутри которых различают еще одиннадцать подрайонов. Данное условное, укрупненное деление выражает существенные различия в климате стран. Подробные карты климатического районирования страны имеются в СНиП "Строительная климатология и геофизика" [38]. Проектировать универсальное жилище, пригодное для любого климатического района, нецелесообразно с функциональной, экономической и строительной точек зрения. Поэтому, при проектировании индивидуального жилья следует ориентироваться на максимальный учет именно конкретных, а не абстрактных местных условий. К числу наиболее важных атмосферных условий относятся: температурный, ветровой, влажностный, снеговой, дождевой режимы, уровень солнечной радиации, сезонные различия в погоде и другие. Они воздействуют на человека и жилой дом в комплексе, однако, по-разному в каждом конкретном случае. Температурный режим. В различных географических зонах в разное время года температура может колебаться с большими амплитудами. Так, температура воздуха в экваториальном поясе может достигать в дневное время +60°С, а в антарктических районах зимой -89°С. Воздействие температуры может отрицательно сказываться на комфортабельности жилья. Поэтому помещения индивидуального жилья необходимо защищать от резких суточных и сезонных перепадов температуры, от переохлаждения в северных условиях и перегрева в южных районах. Например, для Ленинградской области абсолютно минимальная температура равна -36°С, абсолютно максимальная равна +33°С, а среднегодовая температура составляет +4,3°С. В частности, из-за низких температур в условиях 1-го и, частично, 2-го климатических районов целесообразно применять следующие специальные строительные и архитектурно-конструктивные решения: а) максимальное увеличение ширины корпуса жилого дома; б) сокращение периметра наружных стен; в) двойные, тройные и поворотные тамбура при входах в дом; г) компактную планировку собственно дома, гаражей, хозсооружений и других объектов жилой застройки; д) комплексные жилые дома, имеющие не только жилые и подсобные помещения, но и помещения специального назначения; е) соединение объектов застройки отапливаемыми крытыми переходами; ж) тройные стеклопакеты; з) блокировку соседних жилых домов; и) нетрадиционные конструктивные решения теплосберегающих заглубленных и подземных домов; к) энергоэффективные многослойные наружные стены и другие приемы. Накоплен значительный опыт проектирования, строительства и эксплуатации индивидуального жилья в северных условиях России (Урал, Сибирь, Дальний Восток) и за рубежом (скандинавские страны, Канада, Аляска). Имеется большое количество нормативной, методической, научной и популярной литературы по данному вопросу [4, 8, 29, 34]. Другим неблагоприятным атмосферным фактором является повышенная температура, характерная для южных районов. В связи с этим, для условий 3 и 4 климатических районов целесообразно применять следующие планировочно-конструктивные решения: а) открытые пространства лоджий, балконов и террас в домах; б) внутренние садики в жилой застройке; в) вертикальное озеленение стен; г) эксплуатируемые грунтовые "зеленые" крыши с садами; д) рациональное взаимное расположение дома и хозсооружений на участке; е) обводнение и озеленение придомовых земельных участков; ж) повышенная естественная горизонтальная и вертикальная вентиляция помещений дома; з) кондиционирование воздуха и другие приемы. Значительный опыт эксплуатации коттеджей в южных условиях накоплен в России (Поволжье, Северный Кавказ) и за рубежом (Узбекистан, Крым, Африка, Южная Америка, Австралия). По данной проблеме разработано большое количество рекомендаций и справочных пособий [34]. Принципиально важным новым архитектурно-строительным требованием, отражающим природно-климатические и экономические факторы, является существенное повышение требований к такой характеристике индивидуальных домов, как сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций. Так, государством определены два этапа энергосбережения в РФ: (1) первый этап реализуется в проектах с 1 сентября 1995 г. и обеспечивается в строительстве начиная с 1 июля 1996 г.; (2) второй этап реализуется в строительстве домов, начиная с 1 января 2000 г. В соответствии с этим дифференцированием, в СНиП П-3-79* (1995 г. издания) содержится комплекс конкретных числовых требований для следующих дополнительных параметров: теплоустойчивость ограждающих конструкций, теплоусвоение поверхности полов, сопротивление воздухопроницанию и сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций (наружных стен, надподвальных и чердачных перекрытий и других конструкций дома). Конкретные примеры учета температурного режима при разработке планировочных решений индивидуальных жилых домов приведены на рис. 3, 8, 9, 13, 14. Ветровой режим. Ветровой режим существенным образом влияет на индивидуальное жилище. Он характеризуется скоростью и направленностью перемещения воздушных потоков. Для каждого региона на основе многолетних наблюдений обоснованы значения этих показателей, которые сконцентрированы в СНиП [38]. Базируясь на данных значениях, проектировщики разрабатывают специальную диаграмму, которая получила специфическое строительное название "роза ветров". Роза ветров наглядно показывает повторяемость ветров летом, зимой или в любой другой период времени года в том или ином направлении. Так, для Ленинградской области скорость ветра в зимний период составляет 6,9 м/с. Целями рационального проектирования индивидуального жилья с учетом ветров является эффективное использование естественного проветривания помещений жилого дома и снижение негативного воздействия избыточного ветрового напора в суровых климатических условиях. Так, благодаря естественно возникающей разнице давления с наветренной и подветренной стороны дома, возникает проветривание, которое обеспечивает нормативный воздухообмен в помещениях. Требования к нормативному воздухообмену в жилых комнатах, кухнях, санузлах и других помещениях жилья определены в СНиП [37]. Доказано, что с наветренной стороны, где ветровой напор образует зону повышенного давления, окна, форточки и вентиляционные отверстия могут быть меньшего размера, чем вентиляционные проемы на противоположной стороне дома. Учет ветрового режима очень важен при разработке генерального плана комплексной усадебной застройки жилого дома совместно с хозпо-стройками, гаражом, земельным участком и соседними строениями. Движения воздушных масс следует организовывать приемами архитектуры так, чтобы обеспечивалась аэрация всей застройки и поддерживалась благоприятная экологическая обстановка. Для этого архитектор должен правильно выбрать схему размещения объектов, конфигурацию зданий и интервалы между ними. Например, в жарком влажном климате, с целью интенсивной циркуляции воздуха, следует оставлять между зданиями застройки значительные разрывы. Однако в суровых климатических условиях с сильными ветрами в 1 климатическом районе и других регионах возникает обратная, дискомфортная ситуация, которую также необходимо учитывать при проектировании жилья. Так, на Крайнем Севере сочетание сильного ветра с низкими температурами приводит к повышенным теплопотерям дома и продуваемости ограждающих конструкций. С этой целью возможно применение специальных градостроительных и архитектурно-конструктивных решений, аналогичных рассмотренным ранее приемам компенсации холодного температурного режима. Кроме того, в III и IV климатических районах с жарким и сухим климатом сильные ветра часто переносят значительное количество пыли и грязи. Для защиты от этого фактора могут использоваться специальные экранирующие свойства застройки, зеленые насаждения, замкнутые дворы, дома с просветами и пустотами на всю глубину корпуса и другие меры. Пылевые частицы являются переносчиками болезнетворных бактерий, которые приводят к легочным заболеваниям, заболеваниям глаз и выводят из строя фильтровентиляционные установки. Ветер переносит и канцерогенные вещества, находящиеся в отработанных газах автомобилей и выбросах промышленных предприятий: свинец, хром, мышьяк, кобальт, ртуть и другие вредности. Они вызывают хронические бронхиты, рак легких и другие трудноизлечимые болезни. Кроме того, грязные воздушные массы разрушают каменные и металлические конструкции жилого дома, что приводит к повышенным эксплуатационным расходам. Принципиально важным фактором является условие, чтобы вредности в воздухе не превышали предельно допустимые концентрации (ПДК), которые установлены в России. За предельно допустимую концентрацию вещества в воздухе принята концентрация, не оказывающая на человека и дом вредного или неприятного воздействия, не снижающая работоспособности, не влияющая отрицательно на самочувствие и не оказывающая неблагоприятного воздействия на жилье, растительность и атмосферу. Так, в угольных Донецком (Украина) и Рурском (Германия) бассейнах концентрация двуокиси серы превышает ПДК примерно в 1400 раз. Снеговой и дождевой режимы. Данные режимы характеризуются интенсивностью выпадения атмосферных осадков — снега, дождя, тумана и других. Вся территория РФ разделена на три зоны влажности: влажная, нормальная и сухая зоны. Например, Санкт-Петербург, находится во влажной зоне, Москва — в нормальной зоне, а Оренбург — в сухой зоне. В целом, для эксплуатации дома снег и дождь являются неблагоприятными факторами, так как они переносят содержащиеся в атмосфере вредные вещества, аналогично ветровым потокам, только в специфическом, водном и твердом виде. Так, большую опасность представляет радиоактивный дождь и снег в результате военных испытаний атомного оружия или чрезвычайных происшествий на ядерных производствах. До настоящего времени, актуальной остается проблема остаточных последствий аварии на Чернобыльской АЭС на Украине. По данным ученых, чернобыльский след до сих пор прослеживается не только на Украине и в Белоруссии, но и на прилегающих российских территориях, в т.ч. в Московской, Псковской и других областях. С этой целью при проектировании жилого дома целесообразно изучение специальных карт радиоактивного районирования РФ. Для защиты от снега и дождя целесообразно предусматривать следующие приемы: гидроизоляция конструкций и надежный водоотвод с крыши; наружное водоотведение от дома в канавы и другие сооружения, специальная снегозащитная застройка территории; устройство системы дренажа и уклонов территории; снегозащита наружных поверхностей домов с устройством облицовки и окраской атмосферостойкими составами; промежуточные карнизы, сандрики и вентилируемые воздушные прослойки в стенах, а также другие градостроительные, планировочные и конструктивные решения. Таким образом, рассмотренные температурные, ветровые, влажностные и другие атмосферные условия являются наиболее важными атмосферными факторами, которые необходимо учитывать при проектировании индивидуального жилья. Кроме данных факторов, существенное влияние на дома могут оказывать такие природные факторы, как рельеф местности и окружающая застройка. Рельеф местности с небольшим уклоном участка, как правило, не влияет на архитектуру дома и допускает практически любую планировку. При увеличении уклона до 10-15 % приходиться принимать уже специальные решения по первому этажу, а при уклонах более 15 % целесообразно переходить к особым типам жилых домов — террасным и другим (рис.1). При этом необходимо проводить дополнительные мероприятия по подготовке территории, специально рассчитывать инсоляцию комнат, подбирать соответствующие типы домов и методы их возведения. Так, не целесообразно использовать для строительства жилья склоны, обращенные на север, так как в этом случае затрудняется инсоляция помещений и участка. Однако часто строительство в горных районах и на холмах является неизбежной мерой из-за дефицита относительно ровных участков. Особенно это характерно для крупных городов, которые уже исчерпали свои благоприятные территориальные резервы. Окружающая застройка может влиять на архитектуру дома следующим образом. Так, для городских коттеджей на исторической территории характерна такая компоновка новой застройки, которая поддерживает и повторяет существующие архитектурные стили, геометрию и пропорцию. Напротив, в районах 50-80-х годов предпочтительным может оказаться не уподобление, а гармоничный контраст проектируемого индивидуального жилья, достигаемый за счет усложнения архитектуры фасадов, планов и деталей. Важным свойством городской среды является этажность формирующих ее объектов. На всей территории России в населенных пунктах существуют специальные охранные зоны, которые учреждаются государством для сохранения архитектурного и исторического наследия. В них определена предельно допустимая высота вновь возводимых зданий. При этом для каждого конкретного земельного участка, этажность устанавливается исключительно индивидуально, на основе научного изучения ситуации. Этажность проектируемого дома может быть ограничена и в целях сохранения обозреваемости ландшафтных и архитектурных достопримечательностей — рек, холмов, дворцов, мостов и других объектов. К числу важных факторов окружающей застройки относятся также следующие архитектурные характеристики конкретных квартала, улицы, района и города: стиль, система пропорций, масштаб, ритм, рисунок деталей, материал и фактура стен и крыш, цвет и другие показатели. Учет перечисленных выше факторов позволяет органично вписать индивидуальный жилой дом в существующую застройку и природу. Проектируя индивидуальное жилище, человек формирует его в соответствие с широким спектром своих не только утилитарных, но и духовных, социальных потребностей. Индивидуальный дом никогда не был просто "крышей над головой" или "крепостью от врагов". Архитектура жилья несет в себе обязательные отражения государственного устройства, политической системы, национальных традиций, культурного уровня нации, художественных представлений и многих других социально-психологических факторов. Не случайно именно по археологическим раскопкам жилых домов ученые моделируют жизнь ушедших цивилизаций — Древняя Русь, Римская империя, Египетское царство и т.д. Индивидуальному дому присущи следующие социальные функции: а) поддержание физического здоровья людей; б) создание в семье, как в ячейке общества, здорового психологического микроклимата; в) перспективное развитие семьи с образованием новых семей для продления жизни нации; г) развитие творческих способностей людей для науки, искусства и техники; д) организация внерабочего отдыха всей семьи вместе и каждого члена семьи отдельно; е) создание психо-эмоционального "убежища" для релаксации напряжения от внешнего окружения и другие. Каждая из данных функций должна получить конкретное объемнопланировочное и конструктивное воплощение в проекте дома. Концепция современного проектирования индивидуального жилья базируется на следующих основополагающих принципах. 1. Необходимость разработки и создания индивидуальной морфоэкологической теоретической модели индивидуального жилого дома. Модель дома — это теоретическая, абстрактная схема, воспроизводящая основные процессы жизненного цикла дома — проектирования, строительства и эксплуатации с адекватностью практическому, реальному процессу с достаточной степенью достоверности. Адекватность предполагает соответствие основных характеристик модели и реального здания дома, а достоверность подтверждает высокий уровень математической вероятности получаемых выводов (обычно достоверность в строительстве равна 0,92-0,98, что означает 92-98%). 2. Модель дома состоит из комплекса взаимосвязанных принципов, теоретических основ, общих методов и частных методик, раскрывающих процесс функционирования дома как сложноструктуризованного объекта. 3. Базовым принципом построения модели дома является принцип рассмотрения всего комплекса жизненного цикла жилья, состоящего из следующих основных десяти жизненных этапов: (1) прогнозирование; (2) планирование; (3) проектирование; (4) изготовление; (5) транспортирование; (6) строительство; (7) эксплуатация; (8) демонтаж; (9) консервация; (10) ликвидация. 4. Основополагающим методом отражения жизненного цикла дома является аппарат специальной отрасли науки — квалиметрии. Квалиметрия жилья — это наука об измерении и оценки трудноформализуемого качества дома с помощью количественных процедур и доступных для понимания человеком чисел. Качество дома — совокупность существенных признаков, свойств и особенностей, отличающих дом от других объектов и придающих ему определенность. Интегральное, обобщенное, качество дома состоит из комплексных и единичных показателей качества. 5. На основе синтезированной искусственной модели разрабатывается прогноз развития дома в будущем. Прогноз развития дома — основанное на специальном исследовании заключение о предстоящем развитии процессов жизненного цикла дома. 6. Объективная необходимость разработки прогнозов изменения общегосударственного механизма и личных потребностей людей, вызвана, прежде всего, значительным ростом потенциальных возможностей научнотехнического прогресса, увеличением роли социальных факторов в современном общественном производстве. Поэтому, от того, насколько обоснованно будет принято решение на перспективу, будет зависеть степень рациональности используемых материально-технических ресурсов. Научно обоснованными прогнозы будут только тогда, когда при прогнозировании учитываются все закономерности и тенденции процесса развития, присущие данному объекту прогнозирования, т.е. индивидуальным жилым домам. Необходимо отметить также, что до настоящего времени в области индивидуального жилья в России научно-технический прогресс протекает достаточно эволюционно, преимущественно путем незначительного совершенствования существующих конструктивных и проектных решений, технологии изготовления и системы эксплуатации. Поэтому возникает острая необходимость позитивных революционных сдвигов путем перехода к принципиально новым объемно-планировочным и технологическим решениям, моделям планирования и концепции использования индивидуального жилья в XXI веке. 7. Принцип гуманизации индивидуальной жилой среды отражает стремления каждой семьи организовать свою жизнедеятельность в доме с максимальной реализацией своих ценностных ориентации, профессиональных интересов, традиций и привычек в гармоничном сочетании их с окружающими обществом, застройкой и природной средой. Решение поставленных задач базируется на использовании следующих теоретических и методологических положений. а) Теория прогнозирования развития дома представляет собой форму организации научного знания, дающего целостное представление о закономерностях и существенных связях их развития в будущем. б) Основными движущими силами развития дома являются социальные потребности людей, научно-технические возможности их реализации, а также экономическая целесообразность его строительства. в) Развитие дома рассматривается как процесс взаимного превращения количественных и качественных изменений, возникновение и разрешение противоречий через противоположности, а также направленных изменений через поступательность и преемственность. г) Закономерности развития дома представляют собой достаточно устойчивую причинно-следственную повторяемость и последовательность необходимых качественных изменений во времени. Для решения этой научной проблемы следует использовать адекватные поставленным задачам методы прогнозирования, математической статистики, теории вероятности, моделирования, программирования на ЭВМ, социологических исследований и натурных испытаний. Реализация данных принципов и модели позволяет запроектировать комфортабельный, красивый и надежный дом. К числу основных демографических факторов, влияющих на индивидуальное жилье, относятся: возрастная структура семьи, половой состав, число семей в доме, размер семей, структура семей, прогнозируемое развитие семей в будущем и другие. Различают следующие базовые семь типов структур семей: (1) семьи без брачной пары (одинокий человек, два одиноких человека — брат и сестра и т.д.); (2) семьи с семейным ядром — брачной парой; (3) семьи с детьми и без них; (4) полные и неполные семьи; (5) нуклеарные семьи (родители и дети); (6) сложные семьи (супружеская пара с детьми и один из родителей или родственники); (7) семьи из нескольких брачных пар. Всего существуют более 500 различных комбинаций на основе семи базовых типов семей. При этом важным обстоятельством является изменение требований к жилью в связи с жизненным циклом семей. Принято считать, что по мере своего развития семья проходит следующие пять этапов: 1 — период рождения и роста несемейной молодежи, 2 — формирование семьи (рост до рождения последнего ребенка), 3 — период стабилизации, 4 — период зрелости и ухода детей, 5 — период затухания и смерти. В соответствии с этими этапами и типами семей меняются формы жизнедеятельности и, соответственно, требования к архитектуре своего жилища. Существенное значение имеет неблагоприятный для России и некоторых зарубежных стран факт старения населения, что приводит к увеличению абсолютной численности людей — пенсионеров. Особенно это характерно для крупных культурных и промышленных центров — Санкт-Петербург, Москва и др. Важным фактором для архитектора-проектировщика является то, что с возрастом у людей существенно меняется стиль и образ жизни: сокращается активность и мобильность, изменяется психология, перестраивается бюджет времени, уходят одни потребности, появляются новые потребности (тихий отдых в саду заменяет активные занятия спортом в тренажерном зале и бассейне дома и т.д.). Структура жилища должна, соответственно, быть динамичной архитектурой, трансформироваться и адекватно изменять планировочные решения дома. Кроме того, существуют различия и в составах семей. Так, на Крайнем Севере средний состав семей равен 3 человекам, в основных крупных городах России — 4 человекам, а в регионах Северного Кавказа и Поволжья — 5 человек и т.д. С развитием цивилизации повышается уровень образования людей и, соответственно, усиливается потребность в жилых комнатах в домах — для научного и художественного творчества (кабинет, библиотека, виртуа-рий и др.). Учет психологических факторов при проектировании индивидуального жилья важен особо, так как психологическая неуверенность в надежности конструкций обитаемого пространства способна вызвать неблагоприятное для человека чувство тревоги, страха и стресс. Однообразие и устойчивость индивидуального дома можно компенсировать путем использования специальных конструкций, обеспечивающих градостроительную и внутридомовую трансформацию, мобильность и гибкость. С одной стороны, индивидуальность человека требует полную физическую и психологическую изоляцию для защиты от избыточных контактов в обществе — на работе, в транспорте и в семье. Особенно это важно для людей с творческими профессиями — ученые, врачи, военнослужащие, проектировщики, артисты, художники и другие категории. С другой стороны, человеку требуется и организация в доме общения с другими людьми для своего самовыражения, ведения домашнего хозяйства, воспитания детей и других функций. Актуальность данных факторов возрастает в современных условиях, связанных с появлением в России следующих, нетрадиционных и негативных психологических проблем: локальные войны, безработица, невыплата зарплаты, рост преступности, забастовки, усиление наркомании и алкоголизма, потеря вечных истинных жизненных ценностей — добра и честности, верности и трудолюбия, любви и дружбы, верности супругу и отсутствие прелюбодейства и т.д. На смену им часто приходит зло, обман, измена, лень, предательство и другие отрицательные категории. Человек в своем доме должен иметь возможности релаксации и восстановления с мужем и женой, матерью и отцом, сыном и дочерью, внучкой и внуком, другом и коллегой своих истинных ценностей. Для реализации этих целей могут использоваться следующие архитектурные приемы: гармонично запроектированная сложность и оригинальность фасада и интерьеров; универсальные и гибкие специальные пространства в виде особых комнат-виртуариев; динамические эффекты для изменения температуры, влажности, цвета, запаха и архитектоники помещений; передовое инженерное оборудование дома; роботизация утилитарных процессов уборки и охраны дома; компьютеризация работы кухонного и другого оборудования и другие. Более подробно данные приемы раскрываются в специальной литературе. В настоящее время существует значительное количество общероссийских строительных норм и правил (СНиП), ведомственных строительных норм (ВСН) и других нормативных и методических документов, определяющих архитектурно-строительные и экономические требования, которые влияют на проектирование индивидуальных жилых домов в России. В зарубежных странах существуют свои национальные и международные нормы и стандарты в области индивидуального жилья. Например, в Германии основой проектирования частного жилья служит система национальных стандартов серии "DIN". В Европе, США, Японии и других странах используются международные стандарты серии "ISO", которые регламентируют планировочные и конструктивные решения индивидуальных домов с учетом не только их проектирования, но и изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. Между российскими и зарубежными нормами и стандартами существуют принципиальные и значительные различия. Они отражают объективные различия в государственном устройстве, в формах собственности, степени благосостояния наций, в уровне развития домостроительной отрасли экономики, в природно-климатических условиях, менталитете людей и т.д. Основные российские архитектурно-строительные требования к индивидуальному жилью изложены в следующих базовых документах: а) СНиП 2.08.01-89**. "Жилые здания" с изменениями от 1993, 1994, 1996 гг.; б) СНиП 2.07.01-89*. "Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений"; в) СНиП 21-01-97. "Пожарная безопасность зданий и сооружений"; г) СНиП П-12-77. "Защита от шума"; д) СНиП П-3-79. "Строительная теплотехника" и в других нормах [3744]. Принципиально важным положением в настоящее время, в отличие от предыдущих периодов развития жилища в России, является то, что состав помещений, а также верхний пределы площадей и высот в помещениях для индивидуальных домов не нормируются. Это связано с тем, что общая площадь дома, соотношение площадей жилых и вспомогательных помещений, строительный объем и другие параметры перестали ограничиваться государством в лице Правительства РФ, Госстроя РФ, Госархстройнадзора и других органов. Площади придомового участка и застройки, этажность дома, общая площадь, количество комнат, пропорции и площади помещений, их взаимосвязь, наличие подвала, чердака, мансарды, гаража и хозяйственных сооружений и другие концептуальные объемно-планировочные параметры зависят в значительной степени только от желаний, возможностей и вкусов индивидуальных застройщиков, проектировщиков и строителей. Также не ограничены и другие концептуальные положения — конструктивнотехнологические параметры дома: капитальность дома (капитальные, быстровозводимые, мобильные); строительная система дома (каркасная, бескаркасная или другая); конструктивная схема дома (с поперечными несущими стенами, с продольным расположением ригелей или другая); вид строительных материалов (кирпич, железобетон, дерево или другие); технология возведения дома (с крановым оборудованием, односменный монтаж, в летнее время и т.д.). Кроме того, каждый индивидуальный застройщик вправе по своему вкусу, с учетом окружающей застройки, выбирать различные архитектурные стили для своего дома: модерн, готика, классицизм, ампир, брутализм, барокко, эклектика и другие направления в области науки и искусства создание гармоничной индивидуальной жилой среды. Тем не менее, существуют важные общие требования к жилью, которые следует учитывать не только при проектировании государственного, социального и муниципального типового жилья, но и при разработке проекта для нетипового, индивидуального дома. Рассмотрим наиболее важные группы этих архитектурно-строительных и экономических требований. Планировочные требования являются основой для разработки объемного, пространственного решения жилого дома. Так, площади общих комнат и гостиных целесообразно принимать не менее 16 м.кв., а площади других жилых комнат и кухонь — не менее 9 м.кв. Ширина подсобных помещений в доме должна быть не менее 1,7 м для кухонь, 1,4 м — для передних, 0,85 м — для внутридомовых коридоров и 0,8 м — для уборной. Минимальная глубина уборной равна 1,2 м. Размещение уборной, ванной, душевой, сауны, бассейна или другого гигиенического помещения непосредственно над жилыми комнатами и кухнями не целесообразно ввиду возможных протечек воды. Не следует проектировать вход в помещение, оборудованное унитазом или биде, непосредственно из жилых комнат и кухонь в виду возможного взаимопроникновения неприятных запахов. При этом крепление трубопроводов, приборов и сантехнического спецоборудования непосредственно к межквартирным стенам и перегородкам, ограждающим жилые комнаты, не допускается. Минимальная высота этажа (от пола до пола) составляет 2,8 м, а в сухих жарких климатических районах и на Крайнем Севере — 3,0 м. Целесообразен переход на общероссийский стандарт в сфере жилья с большой высотой этажа — от 3,0 до 3,3 м. Для зальных помещений возможна высота и более 3,3 м. В индивидуальных домах возможно устройство нежилых помещений и даже целых нежилых первых или цокольных этажей, в которых могут располагаться специальные объекты в интересах собственника жилья. Это могут быть стоматологический кабинет или офис, в котором работает собственник дома; сдаваемый им в аренду магазин; физкультурно-оздоровительный комплекс; гаражи и другие специфические помещения. Если в доме есть подвал, то высота подвальных и цокольных помещений, а также технических подполий от уровня пола до низа плиты перекрытия должна быть не менее 1,8 м, а при размещении в них стоянок для автомашин и мотоциклов — не менее 2 м, для индивидуальных тепловых пунктов — не менее 2,2 м. При этом высота технических этажей дома определяется в каждом отдельном случае в зависимости от вида оборудования и коммуникаций, располагаемых в объеме технического этажа, с учетом условий их эксплуатации. Важным требованием является то, что на чердаках, включая технические, должен предусматриваться сквозной проход вдоль дома высотой не менее 1,6 м и шириной не менее 1,2 м. На отдельных участках протяженностью не более 2 метров допускается уменьшать высоту прохода до 1,2 м, а ширину — до 0,9 м. В технических подпольях, подвальных и цокольных этажах должен быть предусмотрен сквозной проход вдоль дома высотой не менее 1,8 м в чистоте. На отдельных участках протяженностью не более 1 м допускается уменьшать высоту прохода до 1,6 м в чистоте. В поперечных стенах подвалов и технических подполий крупнопанельных домов допускается устройство проемов высотой 1,6 м. При этом высота порога не должна превышать 0,3 м. Размещение жилых помещений в подвальных и цокольных этажах домов не рекомендуется. В городах и поселках в жилых домах любой этажности в первом, цокольном или подвальном этажах следует предусматривать, как минимум, кладовую для хранения уборочного инвентаря, оборудованную раковиной. Целесообразно устройство хозяйственных кладовых, помещений для хранения овощей, а также твердого топлива. При этом выход из этажа, где размещаются кладовые, должен быть изолирован от жилой части дома. При проектировании жилых домов малоэтажной застройки следует, как правило, предусматривать хозяйственные постройки и помещения, состав и площади которых необходимо принимать в соответствии с типовыми территориальными нормами и с учетом индивидуального технического задания на проектирование. Это могут быть свинарник, курятник, сарай, туалет, гараж и т.д. При устройстве гаражей, в том числе пристроенных в цокольном и подвальном этажах одно-, двухэтажных отдельных и блокированных домов (а в одно- и двухквартирных домах и в первом этаже) допускается их проектирование без соблюдения специальных нормативов на проектировании предприятий по обслуживанию автомобилей. В зданиях Ша, Шб, IVa, IV и V степеней огнестойкости над воротами гаража следует предусматривать козырек, если над ним расположены окна других помещений. Учет данных основных планировочных требований позволяет запроектировать рациональные решения дома. Кроме планировочных требований, важным условием рационального архитектурного решения дома являются особые требования сангигиены, инсоляции и освещенности. Так, высота жилых помещений от пола до потолка в доме должна быть не менее 2,5 м, а для климатических подрайонов IA, 1Б, 1Г, 1Д, ПА — не менее 2,7м. Это отражает минимально допустимый уровень объема воздуха в жилых комнатах. Важным требованием является выполнение условий инсоляции — облучения жилых комнат и придомовых территорий прямым солнечным светом для сантехнического комфорта. Существуют следующие базовые требования. Для домов в средней полосе непрерывная инсоляция жилых помещений должна обеспечиваться в течение, минимум, 2,5 часов в одно-, двух- и трехкомнатных домах — не менее чем в одной комнате; а в домах с большим количеством комнат — не менее чем в двух комнатах. Для северных районов аналогичная инсоляция должна быть не менее чем в течение 3 часов, а южных районов — 2 часов. Допускается инсоляция с одним перерывом в течение дня при условии ее увеличения на 0,5 часа. С этой целью существует следующие принципиальные требования по ориентации домов по сторонам света. 1. В домах севернее 50 с.ш. для спален, общих и детских комнат рекомендуется ориентация на юг и юго-восток, а для столовых, гостиных и холлов — на юг, юго-восток и восток. 2. В домах южнее 50 с.ш. для спален, общих и детских комнат целесообразна ориентация их на юг, а для столовых, гостиных и холлов — на юг и юговосток. 3. Ориентация нежилых помещений дома (кухонь, гаражей, хозсооружений, гигиенических блоков и др.) возможна на любые части горизонта. Для достижения высокого комфорта в доме важна и определенная естественная освещенность. С этой целью естественное освещение должны иметь: жилые комнаты, кухни, неканализованные уборные, входные тамбуры (кроме ведущих непосредственно в дом), лестничные клетки и общие коридоры в жилых домах коридорного типа, а также помещения общественного назначения. Естественное освещение следует принимать согласно требованиям СНиП П-4-79. При этом отношение площади световых проемов всех жилых комнат и кухонь к площади пола этих помещений, как правило, не должно превышать 1:5,5. Минимальное отношение должно быть не менее 1:8, а для мансардных этажей, при применении мансардных окон, допускается принимать соотношение 1:10. Допускается проектировать без естественного освещения кухни-ниши в жилых домах, проектируемые не более чем на две комнаты, и кухни-ниши в однокомнатных домах при оборудовании их электроплитами и искусственной вытяжной вентиляцией. В жилых домах, проектируемых для I и III климатических районов, помещения, имеющие естественное освещение, должны быть обеспечены проветриванием через фрамуги, форточки и другие устройства. При этом дома, проектируемые для III климатического района, должны быть обеспечены специальным горизонтальным сквозным или угловым проветриванием. Кроме того, допускается также и вертикальное проветривание (через шахты). В жилых домах, проектируемых для строительства в районах со среднемесячной температурой июля 21° и выше, световые проемы в жилых комнатах и кухнях, а в IV климатическом районе также и проемы лоджий должны быть в пределах сектора горизонта размером 200-290 градусов и оборудованы наружной регулируемой солнцезащитой. В качестве солнцезащиты целесообразно использовать жалюзи, козырьки, тенты и другие устройства. В одно- и двухэтажных домах солнцезащиту допускается обеспечивать средствами озеленения — деревьями, кустами, висячими садами и другими приемами. Ограждения лоджий и балконов в домах высотой три этажа и более должны выполняться из негорючих материалов. Остекление лоджий и балконов должно быть открывающимся, предусмотренным в проекте дома и размещено, как правило, напротив помещений. При использовании лоджии в противопожарных целях допускается частичное ее остекление. Нормы допустимых уровней шума для жилых домов следует принимать согласно требованиям СНиП II-12-77 [44]. Кроме рассмотренных требований, существуют специальные требования для водоснабжения, канализации, отопления и вентиляции в индивидуальном жилье. Так, в индивидуальных жилых домах следует предусматривать хозяйственно-питьевое, противопожарное, холодное и горячее водоснабжение, электроснабжение, газоснабжение, а также канализацию и водостоки. В районах без централизованных инженерных сетей допускается проектировать одно-, двухэтажные жилые дома с неканализованными уборными и автономными системами водоснабжения и водоотведения. В I, II и III климатических районах, за исключением ШБ подрайона, допускается устраивать теплые неканализованные уборные (люфт-клозеты) в пределах отапливаемой части дома. В IV климатическом районе и ШБ климатическом подрайоне устройство неканализованных уборных в отапливаемой части жилого дома не допускается. При этом должны быть предусмотрены помещения для устройства в дальнейшем канализованных уборных в отапливаемой части дома, необходимо предусматривать уборные и вне пределов дома. В жилых домах в обязательном порядке следует предусматривать отопление и вентиляцию с естественным побуждением. При расчете ограждающих конструкций жилых домов следует принимать: температуру внутреннего воздуха 18°С в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (определяемой согласно СНиП 2.01.01-82) выше минус 31 и 20°С при минус 31°С и ниже; относительную влажность воздуха, равную 55%. В угловых помещениях расчетная температура принимается на 2°С выше указанной. Расчетные параметры воздуха и кратность воздухообмена в помещениях следует принимать в соответствии со следующими нормами. Кратность воздухообмена, или количество удаляемого воздуха из помещения, должна быть, не менее: 1) жилые комнаты — 3 куб. м/ч на 1 кв.м.; 2) кухня с электроплитами — 60 куб. м/ч на 1 кв.м.; 3) кухня с газовыми плитами — 60 куб. м/ч при двухконфорочных, 75 куб. м/ч — при трехконфорочных и 90 куб. м/ч на 1 кв.м. — при четырех конфорочных плитах; 4) ванная и уборная — по 25 куб. м/ч на 1 кв.м.; 5) вестибюль, передняя и гардероб — по 1,5 куб. м/ч на 1 кв.м.; 6) комнаты для отдыха, учебы, спортзал, виртуарий — 1 куб. м/ч на 1 кв.м.; 7) кладовые — 0,5 куб. м/ч на 1 кв.м.; 8) гигиенические блоки (сауна, бассейн и др.) — 50 куб. м/ч на 1 кв.м. Так, например, для спальни площадью 20 кв.м. должна быть обеспечена вытяжка в объеме 60 куб.м. воздуха каждый час, т.е. при высоте помещения спальни 3 м каждый час в ней должен полностью, на 100%, обновляться весь воздух. Этим требованием обеспечивается обеззараживание воздушной среды, вытяжка углекислого газа и приток свежего воздуха, необходимого для нормального микроклимата в доме, для здоровья людей, животных и растений. Для помещений с нормированной вытяжкой компенсацию удаляемого воздуха следует предусматривать как за счет поступления наружного, так и за счет перетекания воздуха из других помещений дома. Вытяжную вентиляцию жилых комнат следует предусматривать через вытяжные каналы, устраиваемые в помещениях кухонь, уборных, ванных (душевых) и сушильных шкафов. При установке газовых водонагревателей (колонок) газоход от водонагревателя надлежит рассматривать как дополнительный вытяжной канал. Местные вентиляционные каналы одного дома допускается объединять в общий канал с подсоединением их к нему на одном уровне, выше обслуживаемых помещений не менее чем на 2 м. Объединение вентиляционных каналов из кухонь, уборных, ванных (душевых), кладовых для продуктов с вентиляционными каналами из помещений поквартирных генераторов тепла, печей, котлов и т.д., а также гаражей не допускается. Во встроенных в жилые дома общественных помещениях обычно устраивают автономные системы вентиляции. Необходимость устройства систем кондиционирования воздуха устанавливается соответствующими нормативными документами. В климатических районах с температурой наиболее холодной пятидневки ниже минус 40°С жилые дома высотой три этажа и более допускается оборудовать приточной вентиляцией с предварительным подогревом наружного воздуха. Домовые водонагреватели (в том числе небольшие отопительные котлы) на газовом топливе допускается предусматривать в жилых домах высотой до пяти этажей, а на твердом топливе — до двух этажей (без учета цокольного этажа). Домовые генераторы тепла, работающие на твердом топливе, следует устанавливать в кухнях или в специальных отдельных помещениях. В домах вход в помещение, где расположен генератор тепла, допускается из подсобного помещения. Учет данных других требований по инженерному оборудованию позволяет повысить комфорт и безопасность проживания людей в доме. Данные требования подробно изложены в СНиП 21-01-97. Они направлены на обеспечение пожарной безопасности домов. Так, несущие конструкции покрытия дома должны иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч и нулевой предел распространения огня. При наличии в жилом доме окон, ориентированных на встроенно-пристроенную часть дома, уровень кровли встроенно-пристроенной части дома не должен превышать отметки пола вышерасположенных жилых помещений основной части дома. Утеплитель в покрытии должен быть негорючим, а покрытие должно иметь защитный слой, предохраняющий его от перегрева. Инженерные коммуникации помещений общественного назначения, проходящие через жилую часть дома, или жилой части, проходящие через встроенные помещения (кроме водопровода и отопления из металлических труб), должны быть проложены в самостоятельных шахтах, огражденных противопожарными перегородками. В домах должны быть предусмотрены конструктивные, объемнопланировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие в случае пожара следующие мероприятия: а) возможность эвакуации людей независимо от их возраста и физического состояния наружу на прилегающую к дому территорию до наступления угрозы их жизни и здоровью вследствие воздействия опасных факторов пожара; б) возможность спасения людей; в) возможность доступа личного состава пожарных подразделений и подачи средств пожаротушения к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению людей и материальных ценностей; г) нераспространение пожара на рядом расположенные здания, в том числе при обрушении горящего дома; д) ограничение прямого и косвенного материального ущерба, включая содержимое дома и сам дом, при экономически обоснованном соотношении величины ущерба и расходов на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение. В процессе строительства необходимо обеспечить следующие меры: а) приоритетное выполнение противопожарных мероприятий, предусмотренных проектом, разработанным в соответствии с действующими нормами и утвержденным в установленном порядке; б) соблюдение противопожарных правил и охрану от пожара строящегося и вспомогательных объектов, пожаробезопасное проведение строительных и монтажных работ; в) наличие и исправное содержание средств борьбы с пожаром; г) возможность безопасной эвакуации и спасения людей, а также защиты материальных ценностей при пожаре в строящемся доме и на строительной площадке. В процессе эксплуатации следует: а) обеспечить содержание дома и работоспособность средств его противопожарной защиты в соответствии с требованиями проектной и технической документации на них; б) обеспечить выполнение правил пожарной безопасности, утвержденных в установленном порядке; в) не допускать изменений конструктивных, объемно-планировочных и инженерно-технических решений без проекта, разработанного в соответствии с действующими нормами и утвержденного в установленном порядке; г) при проведении ремонтных работ не допускать применения конструкций и материалов, не отвечающих требованиям действующих норм. Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей дома основывается на их разделении по двум свойствам: способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию — пожарной безопасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости. Дома подразделяются по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности. Для выделения пожарных отсеков применяются противопожарные стены. Степень огнестойкости дома определяется огнестойкостью его строительных конструкций. Класс конструктивной пожарной опасности дома определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов. Класс функциональной пожарной опасности дома и его частей определяется их назначением и особенности размещаемых в них процессов. Дома подразделяются по степеням огнестойкости. К несущим элементам дома относятся конструкции, обеспечивающие его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре, — несущие стены, рамы, колонны, балки, ригели, фермы, арки, связи, диафрагмы жесткости и т.п. Пределы огнестойкости заполнения проемов (дверей, ворот, окон и люков) не нормируются, за исключением специально оговоренных случаев и заполнения проемов в противопожарных преградах. Дома по конструктивной пожарной опасности подразделяются на классы. Дома по функциональной пожарной опасности подразделяются на классы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере безопасность людей в них в случае возникновения пожара находится под угрозой, с учетом их возраста, физического состояния, возможности пребывания в состоянии сна, а также вида основного функционального назначения. Индивидуальное жилье имеет класс Ф. Класс Ф\ — для постоянного проживания и временного (в том числе круглосуточного) пребывания людей. Помещения в этих домах, как правило, используются круглосуточно, контингент людей в них может иметь различный возраст и физическое состояние, для этих зданий характерно наличие спальных помещений. Предотвращение распространения пожара достигается мероприятиями, ограничивающими площадь, интенсивность и продолжительность горения. К ним относятся: а) конструктивные и объемно-планировочные решения, препятствующие распространению опасных факторов пожара по помещению, между помещениями, между группами помещений различной функциональной пожарной опасности, между этажами и секциями, между пожарными отсеками, а также между зданиями; б) ограничение пожарной опасности строительных материалов, используемых в поверхностных слоях конструкций дома, в том числе кровель, отделок и облицовок фасадов, помещений и путей эвакуации; в) снижение технологической взрывопожарной и пожарной опасности помещений и домов; г) наличие первичных, в том числе автоматических и привозных средств пожаротушения; д) сигнализация и оповещение при пожаре. В подвальных и цокольных этажах не допускается размещать помещения, в которых применяются или хранятся горючие газы и жидкости, а также легковоспламеняющиеся материалы, за исключением специально оговоренных случаев. Строительные конструкции не должны способствовать скрытому распространению горения. Огнестойкость узла крепления строительной конструкции должна быть не ниже требуемой огнестойкости самой конструкции. Узлы пересечения кабелями и трубопроводами ограждающих конструкций с нормируемой огнестойкостью и пожарной опасностью не должны снижать требуемых пожарно-технических показателей конструкций. Специальные огнезащитные покрытия и пропитки, нанесенные на открытую поверхность конструкций, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к отделке конструкций. В технической документации на эти покрытия и пропитки должна быть указана периодичность их замены или восстановления в зависимости от условий эксплуатации. Не допускается применение специальных огнезащитных покрытий и пропиток в местах, исключающих возможность их периодической замены или восстановления. В домах высотой три этажа и более выходы наружу из подвальных, цокольных этажей и технического подполья не должны сообщаться с прихожей и передней жилого дома. Выходы наружу из технического подполья следует устраивать в соответствии со СНиП 2.01.02-85. Выходы из подвалов и цокольных этажей следует предусматривать непосредственно наружу. В домах до пяти этажей включительно эти входы допускается устраивать через дом обособленными, отделенными в пределах первого этажа от выхода из дома противопожарными перегородками. Технические, подвальные и цокольные этажи домов следует разделять противопожарными перегородками на отсеки. В каждом отсеке подвальных и цокольных этажей должно быть не менее двух окон (люков) размером 0,9x1,2 м. В технических подпольях двери в противопожарных перегородках могут быть трудногорючими с уплотнением в притворах. Перегородки между кладовыми в подвальных и цокольных этажах домах II степени огнестойкости высотой до пяти этажей включительно, а также в домах III и IV степеней огнестойкости допускается проектировать с ненормируемыми пределами огнестойкости и распространения огня. Перегородки, отделяющие технический коридор подвальных и цокольных этажей от остальных помещений, должны быть противопожарными 1 -го типа. Помещения общественного назначения в подвальных и цокольных этажах, расположенные в жилых домах, кроме одноквартирных и блокированных домов, следует отделять от помещений жилой части противопожарными перегородками 1-го типа и перекрытиями 3-го типа без проемов. В наружных стенах подвалов и технических подполий, не имеющих вытяжной вентиляции, следует предусматривать продухи общей площадью не менее 1/400 площади пола технического подполья (подвала), равномерно расположенные по периметру наружных стен. Площадь одного продуха должна быть не менее 0,05 кв.м. Для вентиляции холодного чердака следует предусматривать в наружных стенах с каждой стороны здания отверстия суммарной площадью не менее 1/500, а в III и IV климатических районах — не менее 1/50 площади чердачного перекрытия. В жилых домах I-III степеней огнестойкости высотой три этажа и более межсекционные ненесущие стены и перегородки, а также перегородки, отделяющие общие коридоры от других помещений в домах любой этажности, должны иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч. В жилых зданиях Ша и IVa степеней огнестойкости несущие элементы стального каркаса и его узлы со стороны отапливаемых помещений должны быть покрыты огнезащитными составами или закрыты негорючими строительными материалами толщиной не менее 4 мм. В одно- и двухэтажных жилых домах каркасной или щитовой конструкций ША, ШБ, IVA, IV и V степеней огнестойкости площадь застройки не должна превышать 500 кв.м. Допускается блокировка не более двух указанных домов при условии разделения их противопожарной стеной 2-го типа. Межквартирные ненесущие стены и перегородки должны иметь предел огнестойкости не менее 0,5 ч и нулевой предел распространения огня. В зданиях III степени огнестойкости допускается предусматривать межквартирные перегородки с пределом распространения огня до 40 см. Межкомнатные (шкафные, сборно-разборные, с дверными проемами и раздвижные) перегородки в домах всех степеней огнестойкости допускается проектировать из горючих материалов. Допускается домах I, II и III степеней огнестойкости принимать для мансардного этажа предел огнестойкости несущих конструкций, а также межсекционных перегородок 0,75 ч с нулевым пределом распространения огня. При этом требования СНиП 2.01.02-89* в части стропил и обрешетки на мансардные этажи не распространяется. При применении деревянных конструкций следует предусматривать огнезащиту, обеспечивающую установленный выше предел огнестойкости конструкций и предел распространения огня. Степень огнестойкости дома с неотапливаемыми пристройками (гараж, баня, склад) следует принимать по степени огнестойкости отапливаемой части дома. Предел огнестойкости и предел распространения огня для конструкции галереи в галерейных домах должны соответствовать значениям, принятым для перекрытий. Допускается при надстройке мансардным этажом жилых домов I, II и III степеней огнестойкости принимать предел огнестойкости для несущих конструкций мансардного этажа 0,75 ч (вместо 2 ч и 2,5 ч) с нулевым пределом распространения огня, без перевода в этом случае всего дома в другую степень огнестойкости и соответственно, независимо от наибольшего числа этажей, установленного нормами. Разрешается применение деревянных конструкций при надстройке дома мансардным этажом с соответствующей их огнезащитой до указанных выше показателей. При применении деревянных элементов для несущих конструкций дома (вертикальные или наклонные стойки, висячие стропила в виде фермы и пр.) они должны быть защищены покрытием (штукатуркой или облицовкой листовыми материалами), обеспечивающим предел огнестойкости 0,75 ч и нулевой предел распространения огня. Если обрешетка является элементом ограждающей конструкции мансардного этажа, то эта конструкция (как и любая другая ненесущая ограждающая конструкция) должна иметь следующие пределы огнестойкости и распространения огня: для зданий I степени огнестойкости — 0,5 ч, II степени — 0,25 ч. Допускается в целях огнезащиты применять гипсокартонные листы по ГОСТ 6266-89 и гипсоволокнистые листы по ТУ 21-31-69-89 при условии, что предел огнестойкости для несущих конструкций должен быть увеличен до 1,25 ч (вместо 0,75 ч) и, соответственно, для наружных несущих ограждающих конструкций до 0,5 ч и 1 ч (вместо 0,25 и 0,5 ч), для межквартирных перегородок до 1 ч (вместо 0,5 ч). Не следует применять для огнезащиты пропиточные и лакокрасочные составы в тех случаях, когда их невозможно восстановить в процессе эксплуатации (конструкция закрыта обшивкой, облицовкой, утеплителем и т.п.), так как срок службы этих покрытий без регулярного восстановления значительно ниже времени эксплуатации жилого дома. Пожарно-технические характеристики (предел огнестойкости и предел распространения огня) должны быть указаны в проекте и подтверждены заключением специализированной организации — Госпожарнадзора РФ. Отметка пола помещений при входе в жилой дом должна быть выше отметки тротуара перед входом не менее чем на 0,15 м. Лестничные марши и площадки должны иметь ограждения с поручнями. Целесообразна установка в помещениях дома тепловых извещателей автоматической пожарной сигнализации или автономных пожарных извещателей. В передней, тамбуре допускается устанавливать приборы отопления, мусоропроводы, этажные совмещенные электрощиты и почтовые ящики, не уменьшая нормативной ширины прохода по лестничным площадкам и маршам. Целесообразно устройство автоматической системы пожаротушения. Таким образом, выполнение данных основных и других требований позволяет обеспечить пожарную безопасность дома и эвакуацию людей в критических ситуациях. Кроме рационального объемно-планировочного решения, индивидуальные дома должны обладать и необходимыми прочностными свойствами: пространственной прочностью, жесткостью, устойчивостью и долговечностью. Это обеспечивается выполнением комплекса конструктивных требований. Большое значение имеет правильный выбор типа строительной системы, которая представляет собой несущий остов, или "скелет" дома. Она может быть каркасной, стеновой (или бескаркасной), смешанной и другой. Каждый вид применяется в различных вариантах и условиях. Так, в небольших по площади, ячейковых помещениях, целесообразно использование стеновой системы, а для больших, зальных помещений — каркасной системы. Иногда используется и неполный, или каркасно-стеновой каркас дома. Различают также узкий шаг несущих стен (3-4,2 м), широкий шаг (4,2-7,2 м) и смешанный шаг. Существенная роль принадлежит и конструктивной схеме дома, которая представляет собой схему взаимного расположения основных несущих элементов каркаса — стен, перекрытий, ригелей, колонн и др. Различают следующие основные схемы: с поперечными несущими стенами (ригелями), с продольными несущими стенами (ригелями), с продольными и поперечными несущими стенами (ригелями) и другие варианты. В зависимости от размера отдельных конструктивных элементов дома, возможно использование следующих конструктивных систем: объемноблочной, крупноэлементной, мелкоэлементной, монолитной, смешанной и других. Так, преимуществами объемно-блочной и крупнопанельной систем является реализация полносборного способа строительства на основе предварительно изготовленных на заводе элементов, из которых дом собирается на строительной площадке. При этом резко сокращаются сроки строительства и затраты труда. Однако существенным недостатком всех крупнопанельных и объемно-блочных систем является их недостаточная планировочная гибкость, перерасход железобетона, слабая архитектурная выразительность и необходимость кранового оборудования для монтажа тяжелых элементов. Эти факторы являются достаточно нежелательными для индивидуального жилого дома, который должен отличаться специфическими особенностями, неповторимой красотой и выразительностью. Для устранения данных недостатков могут быть использованы мелкоэлементные и монолитные системы. Их преимуществами являются: возможность большой планировочной гибкости, свободное решение планов и фасадов, выполнение индивидуальных архитектурных деталей, высокие теплотехнические качества и возможность строительства дома вручную, без кранового оборудования. Применение кирпича, мелких блоков и монолитного железобетона позволяет реализовывать нетрадиционные, оригинальные архитектурные решения, индивидуализировать облик жилья, добиться разнообразия и красоты застройки. Однако, недостатком данных систем, по сравнению с полносборными системами, является большая продолжительность и трудоемкость строительства. Выбор оптимальных конструктивных решений существенно влияет на долговечность и надежность жилого дома. Рациональный подбор конкретных строительных материалов для конструктивных элементов является важным требованием, влияющим на качество жилого дома. Существуют следующие основные типы современных материалов: несущие, ограждающие, теплоизоляционные, отделочные и специальные. Несущие материалы используются для несущего остова дома и должны быть, прежде всего, прочными, долговечными и огнестойкими. К их числу относятся различные виды бетона и железобетона, шлакоблоки, сталь, природный камень, разновидности кирпича, деревянный брус и другие. Перспективными несущими материалами являются многослойные энергоэффективные панели типа "сэндвич" с металлическим или металлодеревянным каркасом, внутренней тепло- и звукоизоляцией и атмосферостойкими обшивками из алюминия, дерева и других материалов. Ограждающие материалы должны иметь, прежде всего, высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, влагостойкость, морозостойкость, долговечность и огнестойкость. Это различные виды легких бетонов (пенополистирол-бетон, ячеистый бетон), керамический пустотельный кирпич, деревянный брус и другие. Перспективными являются энергосберегающий поризованный кирпич, газобетонные блоки, атмосферостойкий лицевой кирпич, металлочерепица, оцинкованная сталь, алюминиевый профилированный настил и другие материалы. К теплоизоляционным материалам относятся кирпич, дерево, пенопласт, пенополиуретан, плиты базальтовой ваты и другие материалы для тепловой защиты жилья. К отделочным материалам принадлежат природный камень, керамические плитки, деревянные изделия (вагонка, паркет), виниловые плиты, гипсоволокнистые листы, гипсо-стружечные и цементно-стружечные панели и другие материалы. Перспективным направлением является прекращение использования синтетических, зачастую экологически вредных материалов, и применение исключительно натуральных отделочных материалов — пробковых плиток для пола и стен, деревянного паркета и вагонки и других изделий. Лекция №13 Понятие и оценка технологичности конструкций Технологичность конструкции изделия Понятие обеспечения технологичности конструкции изделия охватывает подготовку производства, предусматривающего взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия. Сведения об уровне технологичности конструкции используются в процессе оптимизации конструктивных решений на стадии разработки конструкторской документации, при принятии решения о производстве изделия, анализе технологической подготовки производства, разработке мероприятий по повышению уровня технологичности конструкции изделия и эффективности его производства и эксплуатации. Обеспечение технологичности конструкции изделия наряду с отработкой самой конструкции включает ее количественную оценку. Этот показатель рассчитывается с помощью базовых (исходных) данных. К числу основных показателей, характеризующих технологичность конструкции изделий, можно отнести трудоемкость изготовления изделия, его удельную материалоемкость, технологическую себестоимость, трудоемкость, стоимость и продолжительность технического обслуживания, степень унификации конструкции. При оценке технологичности конструкции следует пользоваться минимальным, недостаточным количеством показателей. Точность количественной оценки технологичности конструкции изделий, а также перечень показателей и методика их определения устанавливаются в зависимости от вида изделия и степени отработки его конструкции и типа производства. При проведении отработки конструкции изделия на технологичность следует иметь в виду, что в этом случае играет роль вид изделия, степень его новизны и сложности, условия изготовления, технического обслуживания и ремонта, перспективность и объем его выпуска. Испытание конструкции изделия на технологичность должно обеспечить решение следующих основных задач: нижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия; • снижение трудоемкости и стоимости технического обслуживания изделия; • снижение важнейших составляющих общей материалоемкости изделия – расхода металла и топливно-энергетических ресурсов при изготовлении, а также монтаже вне предприятия-изготовителя и ремонте. Работы по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и его монтажа сопровождаются повышением серийности изделия посредством стандартизации и унификации, ограничения номенклатуры составных частей конструктивных элементов и используемых материалов, применения высокопроизводительных и малоотходных технологических решений, использования стандартных средств технологического оснащения, обеспечивающих оптимальный уровень механизации и автоматизации производственных процессов. Снижение трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта предполагает использование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на проведение подготовки к использованию изделия, а также облегчающих и упрощающих условия технического обслуживания, ремонта и транспортировки. В свою очередь комплекс работ по снижению материалоемкости изделия включает: • применение рациональных сортаментов и марок материалов, рациональных способов получения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей; • разработку и применение прогрессивных конструктивных решений, позволяющих повысить ресурс изделия и использовать малоотходные и безотходные технологические процессы; • разработку рациональной компоновки изделия, обеспечивающей сокращение расхода материала. В ходе выполнения технологической подготовки производства различают два вида технологичности конструкции изделия – производственную и эксплуатационную. Производственная технологичность конструкции проявляется в сокращении затрат средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства, а также длительности производственного цикла. Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт изделия. Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя. Качественная сравнительная оценка вариантов конструкции допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего конструктивного решения и не требуется определение степени различия технологичности сравниваемых вариантов. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования изделия предшествует количественной и определяет ее целесообразность. Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности конструкции. Количественная оценка рациональна только в зависимости от признаков, которые существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции. Технологичность конструкции изделий (ТКИ) рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных за­трат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ (ГОСТ 14.205 – 83). Из приведенного определения следует, что ТКИ – понятие относительное. Технологичность одного и того же изделия в зависимости от типа того производства, где оно изготавливается, и от конкретных производственных условий может быть различной. Например, металлические отливки могут быть изготовлены литьем в кокиль или в песчано-глинистые формы. К отливкам, получаемым этими способами, предъявляются разные требования, которые необходимо учитывать при конструировании деталей. В крупносерийном и массовом производстве технологичны будут отливки, изготовленные литьем в кокиль, так как трудоем­кость и себестоимость изготовления деталей из этих отливок зна­чительно ниже, чем из отливок, полученных с использованием песчаноглинистых форм. В свою очередь, последние будут тех­нологичны в мелкосерийном и единичном производстве. Основная задача обеспечения ТКИ заключается в достижении оптимальных трудовых, материальных и топливно-энергетических затрат на проектирование, подготовку производства, изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, технологическое обслужи­вание (ТЛО), техническое обслуживание (ТО) и ремонт при обе­спечении прочих заданных показателей качества изделия в при­нятых условиях проведения работ. Различают производственную, технологичность. эксплуатационную и ремонт­ную Производственная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на конструкторскую подготовку производства, техно­логическую подготовку производства, процессы изготовления, в том числе контроля и испытаний, монтаж вне предприятия-изготовителя. Эксплуатационная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на подготовку к использованию по назначению, техно­логическое и техническое обслуживание, текущий ремонт, утили­зацию. Ремонтная технологичность заключается в сокращении средств и времени на все виды ремонта. К главным факторам, определяющим требования к ТКИ относятся следую­щие: · вид изделия, характеризующий главные конструктивные и тех­нологические признаки, обусловливающие основные требования к ТКИ; · объем выпуска и тип производства, определяющие степень технологического оснащения, механизации и автоматизации тех­нологических процессов и специализацию всего производства. Обеспечение ТКИ согласно ГОСТ 14.201 – 83 является функцией подготовки производства, предусматривающей взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптималь­ных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия. Оценка технологичности конструкции изделия может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно, на основе опыта исполнителя. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проекти­рования изделия предшествует количественной и определяет целесообразность последней. Количественно ТКИ оценивается показателем, значение которого характеризует степень удовлетво­рения требованиям к технологичности конструкций. Количественная оценка ТКИ производится включающей следующие показатели: с помощью системы, · базовые (исходные) показатели технологичности, которые являются предельными нормативами технологичности, обязатель­ными для выполнения при разработке изделия; их указывают в техническом задании на разработку изделия или в отраслевых стандартах; · показатели технологичности, достигнутые при разработке изделия; · показатели уровня технологичности конструкции разрабаты­ваемого изделия. Число показателей должно быть минимальным, но достаточ­ным для оценки технологичности. ГОСТ 14.201 – 83 рекомендует перечень показателей техноло­гичности. В методических рекомендациях МР 186 – 85 приведены основные и вспомогательные показатели ТКИ и методика их опре­деления [16]. К основным показателям ТКИ относятся трудоемкость и себе­стоимость изготовления изделия, материалоемкость и энергоем­кость изделия. Абсолютная трудоемкость изготовления изделия (Та) – это время, затраченное на изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, ТЛО, ТО или ремонт изделия, выражается суммой нормо-часов, затраченных на технологические процессы, прове­денные в одной из сфер: Та = SТi, где Ti – трудоемкость изготовления любой i-й составной части в нормо-часах. Уровень технологичности конструкции по трудоемкости определяется следующим образом: Kут = Тcи/Тби, где Тси – достигнутая трудоемкость изготовле­ния изделия; Тби – базовый показатель трудоемкости изготовле­ния изделия. Себестоимость изделия – важный обобщающий показатель качества. Для оценки ТКИ пользуются показателем техно­логической себестоимости (Sт): Sт = Sм + Sз + Sн. р, где Sм – стоимость материалов, затраченных на изготовление изделия; Sз – заработная плата производственных рабочих с начислениями; Sн.р – накладные расходы, включающие расходы на энергию, потребляемую оборудованием, на ремонт и амортизацию оборудования, инструмента и приспособлений на смазочные, охлажда­ющие, обтирочные и другие материалы, предусмотренные про­цессом проведения работ. Уровень технологичности конструкции по себестоимости определяется следующим образом: Ку.с = Sт/Sб/т, где Sт – достигнутая технологическая себестои­мость; Sб.т – базовый показатель технологической себестоимости. Материалоемкость изделия характеризует количество ма­териала, затраченного на производство изделия и его эксплуата­цию, определяемое в единицах массы. Материалоемкость изделия по сферам проявления подразделяют на производственную материалоемкость, ТЛО, ТО и ремонта. Материалоемкость может характеризоваться удельной материалоемкостью (Ку.м): Ку.м = М/Р, где М – сухая масса из­делия; Р – номинальное значение основного технического пара­метра (производительность, мощность и др.). Коэффициентом применяемости унификация материалов: материала (Кпр.м.i) оценива­ется Kпр.м.i = Ni /N, где Ni – норма расхода данного (i-го) материала на изготовление изделия; N – норма расхода материалов на изготовление изделия. Величину Ni можно определять не только для материалов определенной марки и профиля, но и для марок и видов профилей (заготовок) отдельно. Сумма значений коэффициентов Кпр.мi для всех i-х материалов равна единице: S Кпр.мi = 1. Энергоемкость изделия характеризует количество топливно-энергетических ресурсов, затраченных на его изготовление, монтаж вне предприятияизготовителя, ТЛО, ТО, ремонт или ути­лизацию. В методических рекомендациях МР 186 – 85 приведены вспомогательные показатели ТКИ: коэффициенты точности, шероховатости, применения типовых тех­нологических процессов, унификации конструктивных элементов и др. [16]. Выбор базовых показателей ТКИ является исходным этапом для отработки конструкции изделия на технологичность. Для определения базовых показателей за основу принимают статисти­ческие данные о ранее созданных конструкциях, имеющих общие конструкторско-технологические признаки с проектируемой кон­струкцией, данные аналогов или типовых представителей. При инженерно-расчетном методе оценки ТКИ определяют и сопоставляют значения показателя технологичности проектируе­мого изделия (К) и соответствующего базового показателя (Кб) [25]. Технологичность мероприятиями: конструкции изделий обеспечивается следующими · отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства и (в обоснованных случаях) при изготовлении изделия; · совершенствованием условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксации принятых решений в технологической документации; · количественной оценкой технологичности конструкции изделий; · технологическим контролем конструкторской документации; · подготовкой и внесением изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля по ГОСТ 2.121 – 73, обеспечивающих достижение базовых значений показателей технологичности. При проведении отработки конструкции изделия на технологичность всесторонне учитывают многие факторы, среди которых выделяют наиболее значимые. Лекция №14 Методика определения ТЭП конструкций Расход материалов, требующихся для изготовления конструкций с применением древесины и пластмасс, следует определять с учетом отходов, возникающих при их ппоизводстве. Расход стали на изготовление стальных элементов вычисляют с учетом отходов в размере 5 % их массы. Определив расход основных материалов, можно найти их стоимость, используя прейскуранты оптовых цен, введеные в действие с 1 января 1982 г. на обрезные пиломатериалы, на синтетические смолы, клей, пластмассы, на прокат черных и цветных металлов и металлоизделия. Трудоемкость основных технологических операций изготовления деревянных конструкций слагается из затрат на обработку деталей, сборку (склейку) и окраску или огнезащитную обработку конструкций). Трудоемкость изготовления конструкций может быть определена с использованием соответствующих методических рекомендаций или составлением калькуляций. Трудоемкость возведения конструкций может быть определена по данным соответствующих сборников элементных сметных норм на строительные конструкции и работы или для новых конструкций составлением калькуляций с использованием ЕНиР на строительные, монтажные и ремонтностроительные работы. Продолжительность возведения конструкций определяют в зависимости от трудоемкости монтажа, принятого количества монтажных кранов и состава бригады. Затраты на укрупнительную сборку, установку и окраску конструкций могут быть найдены по соответствующим сборникам единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы, а для новых конструкций составлением калькуляций с использованием ЕНиР. При определении стоимости конструкций в деле плановые накопления принимают в размере 8% себестоимости в деле. Приведенные затраты в общем случае вычисляют с учетом себестоимости конструкций в деле (единовременных затрат), капитальных вложений в базу, эксплуатационных расходов и возможности получения в некоторых случаях экономического эффекта от сокращения продолжительности строительства и ускорения ввода объектов в действие при применении конструкций с меньшей продолжительностью возведения. Эксплуатационные расходы определяют с учетом затрат на замену конструкций (при сроке службы конструкций — меньшем, чем срок функционирования объектов, затрат на капитальный и текущий ремонты. При сравнении вариантов ограждающих конструкций отапливаемых зданий, отличающихся сопротивлением теплопередаче, при вычислении эксплуатационных расходов следует учитывать затраты на тепловую энергию ,идущую на отопление зданий и зависящую от сопротивления теплопередаче. При существенно различных сроках службы конструкций и затратах на их ремонты, а также при относительно малой продолжительности функционирования объектов Пэ рекомендуется находить по следующей формуле, учитывающей большее количество факторов: При определении затрат, связанных с заменой рассматриваемых конструкций, не следует забывать о тех смежных конструкциях, которые, возможно, придется заменять одновременно с рассматриваемыми конструкциями при невозможности или затруднительности замены этих конструкций без нарушения целостности смежных конструкций. Лекция №15 Критерий стоимости материалов. Учет унификации элементов Современное проектирование стальных строительных конструкций должно отвечать необходимому уровню качества, что эксплуатационному назначению, надежностью и экономичностью конструкции. При этом важна не только экономичность конструкции на стадии изготовления, транспортировки и монтажа, но и на стадии эксплуатации. Обычно при разработке проекта и сравнении его с другими вариантами необходимо стремятся к минимизации затрат на изготовление, транспортировку и монтаж конструкции. Однако, выбрав наиболее экономичную конструкцию, после ее возведения и эксплуатации в течении определенного времени может оказаться так, что она будет менее выгодна, чем те варианты, с которыми она сравнивалась. Это объясняется тем, что для различных конструкций затраты на их содержание отличаются, что обусловлено долговечностью антикоррозионной защиты, а так же проведением ремонтных и восстановительных работ. Одним из важнейших факторов повышения направляемых в строительство и обеспечивающих дальнейшее увеличение объемов и повышение качества построенных объектов является выбор строительно-конструктивной системы здания.[4] Рациональность выбора конструктивной формы металлоконструкций определяется минимизацией затрат на их изготовление и эксплуатацию. Однако, зачастую не правильно выбирают конструктивные решения конструкций, что может привести к значительным затратам при их эксплуатации. Необходимо создать такой метод расчета и прогнозирования, который позволил бы исправить эти недостатки при проектировании конструкции. В ходе решения поставленной задачи необходимо добиться наибольшейэкономической эффективности технических решений зданий, рациональное использование материальных, трудовых и финансовых ресурсов; перспективы внедрения прогрессивных технических решений в строительство; высокую степень долговечности зданий и их эксплуатационных параметров; одинаковый методический подход к выбору строительно-конструктивных систем и технико-экономическойоценке проектов. Результаты работы предназначены для технико-экономической оценки и выбора рациональных строительных систем зданий. Поиски современных архитектурных форм большой выразительности и универсальности, образуемых на основе многократно повторяющихся элементов, привели к созданию стержневых систем нового типа, к так называемым структурам. Эти системы, имея в своей основе «кристаллическое» строение, сходны с некоторыми весьма прочными образованиями органической природы. Практика отечественного и зарубежного строительства имеет немало примеров применения структурных конструкций в виде оболочек, складок, куполов. Однако в подавляющем большинстве структурные конструкции применяются в виде стержневых плит. Эти конструкции изготавливаются из стали, алюминия, дерева, в некоторых случаях из пластмасс. В отечественном гражданском строительстве нашли также применение плиты регулярного строения из армоцементных элементов. Однако массовое распространение в отечественном строительстве получили стальные структурные плиты. Учитывая это, настоящее издание содержит рекомендации по проектированию стальных структурных плит, работающих совместно с каркасом производственных или гражданских зданий с несущими стальными или железобетонными колоннами, возводимых как в обычных, так и сейсмических районах. Помимо статической нагрузки в ряде случаев предусматривается вибрационное воздействие на структуры от работы крышных вентиляторов. Структуры обладают рядом преимуществ, правильное использование которых позволяет повысить экономическую эффективность конструкции по сравнению с традиционными решениями [1]. К преимуществам относятся: пространственность работы системы; повышенная надежность от внезапных разрушений; снижение строительной высоты покрытия (перекрытия); возможность перекрытия больших пролетов; удобство проектирования линий подвесного транспорта и подвесных потолков; возможность свободной расстановки оборудования (на перекрытиях); облегчение ограждающих конструкций кровли благодаря частой сетке узлов; максимальная унификация узлов и стержневых элементов; поточное изготовление металлических конструкций на высокопроизводительных технологических линиях; снижение затрат на транспорт и возможность доставки в отдаленные и труднодоступные места; возможность использования совершенных методов монтажа-сборки на земле и подъема покрытия крупными блоками; сборно-разборность (при необходимости); архитектурная Выразительность и возможность применения для зданий различного назначения. При этом экономическая целесообразность использования структур в полной мере достигается при их серийном изготовлении на специализированных заводах. Лекция №16 Оптимизация размещения производства ЖБИ Производство продукции (работ и услуг) связано с определенными затратами или издержками. В процессе производства продукции затрачивается труд, используются средства труда, а также предметы труда. Все затраты предприятия на производство и реализацию продукции, выраженные в денежной форме, образуют себестоимость продукции. Себестоимость важнейший показатель эффективного использования производственных ресурсов. Цель учета затрат на производство и калькуляции себестоимости продукции заключается в своевременном, полном и достоверном определении фактических затрат, связанных с производством и сбытом продукции, исчислении фактической себестоимости отдельных видов и всей продукции, контроле за использованием ресурсов и денежных средств. Формирование издержек производства и обращения, их учет имеют большое значение для предпринимательской деятельности организаций. Это важно не только во взаимосвязи с действующим в настоящее время налоговым законодательством, но и в соответствии с местом бухгалтерского учета в системе управления организацией. В условиях рыночной экономики себестоимость продукции является важнейшим показателем производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Исчисление этого показателя необходимо для оценки выполнения плана по данному показателю и его динамики; определения рентабельности производства и отдельных видов продукции; выявления резервов снижения себестоимости продукции; определения цен на продукцию; обоснования решений о производстве новых видов продукции и снятия с производства устаревших. Управление себестоимостью продукции предприятий – планомерный процесс формирования затрат на производство всей продукции и себестоимости отдельных изделий, контроль за выполнением заданий по снижению себестоимости продукции, выявления резервов ее снижения. Основными элементами системы управления себестоимостью являются прогнозирование и планирование, нормирование затрат, учет и калькулирование, анализ и контроль за себестоимостью. Все они функционируют в тесной взаимосвязи друг с другом. В современных условиях усиливаются роль и значение системы бухгалтерского учета. Одним из наиболее емких участков бухгалтерского учета являются учет затрат на производство и калькулирование себестоимости выпускаемой продукции, выполняемых работ или оказанных услуг. Успех фирмы зависит от формирования себестоимости по нескольким причинам: 1.затраты на производство изделия выступают важнейшим элементом при определении справедливой и конкурентоспособной продажной цены; 2.информация о себестоимости продукции часто лежит в основе прогнозирования и управления производством и затратами; 3.знание себестоимости необходимо для определения сальдо материальных счетов на конец отчетного периода. Смета затрат на производство - наиболее общий показатель, который отражает всю сумму расходов предприятия по его производственной деятельности в разрезе экономических элементов. В ней отражены, вопервых, все расходы основного и вспомогательного производства, связанные с выпуском товарной и валовой продукции; во-вторых, затраты на работы и услуги непромышленного характера (строительно-монтажные, транспортные, научно-исследовательские и проектные и др.); в-третьих, затраты на освоение производства новых изделий независимо от источника их возмещения. Эти расходы исчисляют, как правило, без учета внутризаводского оборота. В себестоимость товарной продукции включают все затраты предприятия на производство и сбыт товарной продукции в разрезе калькуляционных статей расходов. Себестоимость реализуемой продукции равна себестоимости товарной за вычетом повышенных затрат первого года массового производства новых изделий, возмещаемых за счет фонда освоения новой техники, плюс производственная себестоимость продукции, реализованной из остатков прошлого года. Затраты, возмещаемые за счет фонда освоения новой техники, включаются в себестоимость товарной, но не входят в себестоимость реализуемой продукции. Они определяются как разница между плановой себестоимостью первого года массового производства изделий и себестоимостью, принятой при утверждении цен: СР = СТ - ЗН + (СП2 - СП1 ), где СР себестоимость реализованной продукции СТ - себестоимость товарной продукции ЗН - повышенные затраты первого года массового производства новых изделий, возмещаемые за счет фонда освоения новой техники СП1 , СП2 - производственная себестоимость остатков нереализованной (на складах и отгруженной) продукции соответственно на начало и конец года. Для планирования, учета и анализа производственные затраты предприятия объединяются в однородные группы по многим признакам. 1. По видам расходов. Группировка по видам расходов является в экономике общепринятой и включает в себя две классификации: по экономическим элементам затрат и по калькуляционным статьям расходов. Первая из них (по экономическим элементам) применяется при формировании себестоимости на предприятии в целом и включает в себя пять основных групп расходов: материальные затраты; - затраты на оплату труда; - отчисления на социальные нужды; - амортизация основных фондов; - прочие затраты. Вторая группа затрат (по калькуляционным статьям) используется при составлении калькуляций (расчет себестоимости единицы продукции), позволяющих определить, во что обходится предприятию единица каждого вида продукции, себестоимость отдельных видов работ и услуг. Необходимость данной классификации вызвана тем, что расчет себестоимости по вышеприведенным элементам затрат не позволяет учесть, где и в связи с чем произведены затраты, а также их характер. В то же время определение затрат по калькуляции как способ их группировки относительно конкретной единицы продукции позволяет отследить каждую составляющую себестоимости продукции (работ, услуг) на любом уровне. Группировка затрат на производство по экономическим элементам : 1. Сырьё и основные материалы (за вычетом возвратных отходов). 2. Покупные комплектующие изделия и материалы. 3. Вспомогательные материалы 4. Топливо со стороны 5. Электроэнергия со стороны 6. Заработная плата основная и дополнительная 7. Отчисления на социальное страхование 8. Амортизация основных фондов 9. Прочие денежные расходы. 1. Сырье и материалы 2.Покупные комплектующие кооперированных предприятий. изделия, полуфабрикаты 3. Возвратные отходы (вычитаются) 4. Топливо для технологических целей. 5. Энергия для технологических целей. 6. Основная заработная плата производственных рабочих. 7. Дополнительна заработная плата производственных рабочих. и услуги 8. Отчисления на социальное страхование. 9. Расходы на подготовку и освоение производства. 10. Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования. 11. Цеховые расходы. 12. Общезаводские расходы. 13. Потери от брака (только производства, где потери разрешены в пределах установленных норм) 14. Прочие производственные расходы. 15. Итого производственная себестоимость. 16. Внепроизводственные расходы. 17. Итого полная себестоимость. Лекция №17 Балки, Рамы Балки и фермы – это плоские безраспорные конструкции Балки бывают двускатные, односкатные и горизонтальные. Высота балки зависит от пролета, прочности материала, нагрузок и от допускаемых прогибов. Деревянные балки бывают гвоздевые и клееные. Они могут иметь прямоугольное или двутавровое сечение. Высоту их принимают 1/10...1/12 пролета. Железобетонные сборные балки бывают таврового (пролетом 6, 9 и 12 м) и двутаврового сечения (пролетом 12, 18 и 24 м). Балки пролетом 18 и 24 м могут выполняться составными, с облегченными стенками за счет отверстий и с предварительно напряженной арматурой нижнего пояса. Высоту железобетонных балок принимают от 1/10 до 1/12 пролета. Металлические (стальные) балки имеют двутавровое сечение прокатного профиля или составного, выполненного на сварке. Ферма – конструкция, состоящая из верхнего и нижнего поясов, которые соединяются вертикально и наклонно поставленными элементами — решеткой фермы. Вертикальные элементы решетки называют стойкими, наклонные — раскосами. Такая конструкция намного легче балки, а потому может перекрывать гораздо большие пролеты. Фермы бывают односкатные, двускатные, с горизонтальным верхним поясом, сегментного очертания. Деревянные фермы применяют пролетами 12-36 м. Бывают из клееной и цельной древесины. Железобетонные фермы изготовляют пролетами 18 и 24 м. Фермы могут быть составными из двух полуферм. Наибольшее применение нашли фермы с параллельными поясами и безраскосные фермы. Рис. 1. Основные схемы ферм: а, в — полигональные с треугольной решеткой; б, г — двускатные с треугольной и перекрестной решеткой; d, e — сегментные безраскосные а с раскосами; ж, з — с параллельными поясами с раскосами и безраскосная (балка Виранделя); и, к — треугольные с раскосами и безраскосная; л, м - треугольные с раскосной решеткой; к — шпренгельная с затяжкой; Ж-Б, М. Д, Д-М — индексы, обозначающие характерные схемы для железобетонных, металлических, деревянных и деревометаллических ферм Стальные фермы и фермы из алюминиевых сплавов применяют при пролетах 30 м и более. Все элементы ферм делают из прокатных профилей, (обычно из уголков), соединяемых на сварке металлическими листами (косынками. По металлическим фермам выгодно укладывать легкое покрытие (например, стальной штампованный настил) с эффективным утеплителем (пенопласт и др. К распорным плоским конструкциям относятся арки и рамы. Арка — это изогнутая балка с неподвижными опорами на концах. В арке материал работает преимущественно на сжатие. Камень, основной строительный материал, хорошо работающий именно на сжимающие усилия, наиболее часто применяется для выполнения арок и сводов Простая П-образная рама внешне похожа на стоечно-балочную систему Современные арки и рамы выполняют из дерева, железобетона и металла. Они могут быть бесшарнирные, двухшарнирные (шарниры на опорах) и трехшарнирные (шарниры на опорах и середине пролета). Деревянные рамы и арки, подобно балкам, выполняют гвоздевыми и клееными пролетом до 24 м. Железобетонные рамы и арки выполняют двутаврового сечения пролетом до 40 м и решетчатыми — для больших пролетов. Рамы могут быть однопролетными (рис. 3) и многопролетными, монолитными и сборными. Соединения сборных элементов делают в местах минимальных изгибающих моментов. Металлические рамы и арки применяют сплошного (для пролетов до 60 м) и решетчатого сечения (для больших пролетов). Рис.2 Плоские распорные конструкции: а—в — рамы бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; г—е — арки бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; ж. 3 — рама и арка с разгружающими консолями; и — арка с затяжкой; L — пролет; h — высота рамы; f — стрела подъема арки; R- — радиусы кривизны верхней и нижней грани арки Рис.3. Железобетонные рамы для однопролетных зданий: а — разрез здания; б — полурамы для зданий пролетом 18 и 21 м; У — полурама, 2 — плита покрытия; 3 — полосовая сталь; 4—болт; 5 — шарнир; в—стеновая панель; 7 — столбчатый фундамент; S — фундаментная балка Рамы представляют собой плоские конструкции, состоящие из прямолинейных, ломаных или криволинейных пролетных элементов, называемых ригелями рамы, и жестко связанных с ними вертикальных или наклонных элементов, называемых стойками рамы. Благодаря жесткому сопряжению ригеля и стоек в рамных конструкциях но сравнению с аналогичной поперечной рамой в виде фермы или балки, шарнирно опертой на колонны, достигается более эффективное использование металла и значительно повышается жесткость ригеля. Рамы целесообразно проектировать при пролетах более 60 м, однако они могут успешно конкурировать с фермами и балками при пролетах 24—60 м. В статическом отношении рамы могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и , бесшарнирными. Трехшарнирные рамы наиболее металлоемки, поэтому их использование ограничено небольшими пролетами и высотами. Их применяют в том случае, когда пролет и высота позволяют полностью изготовить полураму в заводских условиях и транспортировать на строительную площадку. Двухшарнирные рамы ( 145,6) имеют наиболее широкое применение, так как в них достаточно полно проявляется эффект защемления ригеля в стойках и они мало чувствительны к осадке фундаментов. Самые экономичные по расходу материала — бесшарнирные рамы ( 145,в), поэтому их используют при самых больших пролетах, характерных для рам. Однако такие рамы очень чувствительны к осадке опор и температурным воздействиям. Их можно проектировать для скальных или полускальных грунтов основания. Большепролетные рамные конструкции находят применение в зданиях и сооружениях общественного назначения — выставочных павильонах, театрах и зрелищных залах, крытых рынках и крупных универсамах, стадио. нах и спортивных залах; в зданиях и сооружениях промышленного назначения — авиасборочных цехах, ангарах, судостроительных эллингах, автопарках, универсальных промышленных зданиях и пр. Применение рамных конструкций обеспечивает высокую архитектурно-планировочную гибкость сооружения и позволяет решать практически любые архитектурностроительные и технологические задачи при значительной экономии стали. Взаимное расположение ригеля и стоек дает возможность получать разнообразные конструктивные формы рам, удовлетворяющие конкретному объемно-планировочному решению. Двухшарнирные сплошные рамы имеют двутавровые, как правило, переменные сечения ригеля и стоек, соответствующие эпюре сил ( 146). Чаще всего применяют сварное сечение из трех листов, как наименее трудоемкое в изготовлении ( 146, а—в). Высоту сечения сплошных рам принимают х/зо— 'До пролета, но не более 2 м из экономических соображений. Соотношения толщины стенкн и полок, а также высоты сечення к его ширине подчиняются законам проектирования двутавровой балки. Наиболее распространенная форма сплошной рамы — однопролетная двухшарнирная с горизонтальным или наклонным ригелем ( 147, а, б). С увеличением пролета до 60 м рамы с ломаным ригелем становятся более экономичными, но требуют постановки затяжки между узлами сопряжения ригеля со стойками для погашения распора ( 147, в). При необходимости ригель рамы нлн стойки рамы могут быть наклонными для организации уклонов кровли илн по архитектурным соображениям проектируемого сооружения ( 147,5, е). В таких рамах входящие острые углы следует проектировать не менее 45° для предупреждения возникновения сильных концентраторов напряжений в сжатой зоне узла. Благодаря малой деформативности сплошные рамы хорошо работают в сооружениях с мостовыми нли подвесными кранами ( 147, ж, з). В том и в другом случае высота ригеля рамы может быть принята '/го— 'До пролета. В однопролетных рамах, загруженных тяжелыми мостовыми кранами грузоподъемностью более 25 т, рекомендуется устраивать затяжку, расположенную на уровне опорных шарниров ниже уровня пола ( 147, ж). Высокими техннко-экономнческимн показателями обладают неразрезные многопролетные рамы ( 147,и), однако ввиду трудоемкости возведенияг их применение определяется лишь специальными требованиями, например достижением минимальных прогибов нлн использованием пластической стадии работы материала. Наряду с однопролетными рамами, имеющими две стойки ( 147,а—ж), в практике строительства могут применяться одностоечные Г- илн Т-образные рамы ( 147, к, л) нлн сложные рамы с наклонным нлн горизонтальным ригелем. Высоту ригеля в месте его заделкн в стойку рамы принимают lU— '/6 вылета консолн при условии обеспечения нормальной эксплуатации кровли. При пролетах более 60—80 м сплошные рамы заменяют сквозными (решетчатыми) рамами, сечения ригеля и стоек которых проектируют аналогичными решетчатым фермам (рнс. 148). Двухшарнирные сквозные рамы проектируют с шарнирами на уровне фундаментов. В.таких рамах высота ригеля по сравнению со сплошными увеличивается до Ve—Vi5 пролета ( 149,а—в). Сквозные бесшарннрные рамы обладают большей жесткостью, чем двухшарнирные, поэтому высоту ригеля в таких рамах можно уменьшить до V12—V20 пролета. Эффективность сквозных рам повышается при соизмеримости жесткостей стойки и ригеля рамы. С этой целью ширину стоек сквозной рамы принимают равной панели ригеля (3—6 м). В этом случае линейная жесткость стойки. (отношение жесткости к длине элемента) становится больше жесткости ригеля, благодаря чему эффект .защемления ригеля возрастает. Наибольший эффект разгружения сквозной рамы достигается с помощью использования предварительного напряжения ригеля н стоек рамы. Введение предварительного напряжения создает в системе рамы изгибающие моменты, обратные по знаку моментам от вертикальной нагрузки. Значение усилия предварительного напряжения подбирают из условия получения минимума массы конструкции. Напрягаемую затяжку в рамных конструкциях выполняют на монтаже и располагают в растянутых зонах, по очертаниям, соответствующим эпюре изгибающих моментов от вертикальной статической нагрузки. В специальных сооружениях (ангарах, эллингах и т. п.) целесообразно проектировать неразрезные двух-пролетные предварительно напряженные рамы ( 149, и), позволяющие размещать локальные прямолинейные затяжки. Такой прием упрощает решение узлов в предварительно напряженных рамах. Компоновочная схема рамных покрытий по своей структуре близка к схеме покрытия одноэтажного производственного здания с шарнирным сопряжением ригеля с колоннами ( 150). Однако рамные конструкции всегда требуют постановки горизонтальных связей по нижним поясам вдоль покрытия, так как в зонах, прилегающих к узлам сопряжения ригеля со стойками возникают сжимающие усилия в нижних поясах. Кроме того, в жестких блоках по горцам покрытия две крайние рамы связывают горизонтальными связями по верхним и нижним поясам, а вертикальные связи между рамами ставят на расстоянии не более 18 м. При пролетах до 90 м рамы проектируют плоскими с шагом 6 или 12 м. При больших пролетах и отсутствии подкрановых балок целесообразно увеличивать шаг до 18—24 м, а в некоторых случаях и до 36 м. Между рамами в этом случае устанавливают решетчатые фермы с параллельными поясами, привязываемые в одном уровне с верхними или нижними поясами рам. В зоне выступающей рамы, развязанной связями с фермами, устраивают фонари. При пролетах более 90 м для устойчивости, как правиле, иреектируют спаренные рамы ( 151, в) или рами треугольного поперечного сечения. Шаг рам в этом случае может достигать 60 м. Такие решения целесообразны в ангаростроении, т. е. там, где рамы из функциональных соображений размещают в направлении большего размера плана здания, а не поперек его продольной оси. Шаг ферм, устраиваемых между рамами, целесообразно проектировать равным 6 м для укладки по ним непосредственно плит покрытия без прогонов. При большем шаге по фермам укладывают прогоны и в каждом отсеке устраивают системы связей, аналогичные компоновочным схемам покрытий из ферм. Лекция №18 Эффективность применения деревянные конструкции (ДК). Определение ТЭП. Широкому распространению дерева как строительного материала способствует легкость его заготовки и обработки, внесезонность применения, химическая стойкость, диэлектрические качества, а также высокие показатели физико-механических свойств при малой плотности. Наглядным показателем служит удельная прочность материала — отношение его расчетного сопротивления R, выраженного в МПа · 100 = тс/м2, к плотности γ, т/м3,1 которое равно: для древесины сосны (на сжатие и изгиб) — 1300/0,5 = 2600 м; для стали класса 38/23 (на растяжение, сжатие и изгиб) — 21000/7,85 = 2670 м; для бетона М200 (на сжатие) — 900/2,2 = 410 м. Из этих данных видно, насколько выгодным является применение древесины в сжатых и изгибаемых элементах конструкций. Конструкции из дерева по своей массе лишь немного тяжелее соответствующих стальных и значительно (в 5...6 раз) легче бетонных и железобетонных. Недостатки, ограничивающие применение деревянных конструкций,— опасность загнивания и возгорания их, усушка, разбухание, коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие пороков — могут быть устранены консервированием и облагораживанием древесины антисептированием и использованием огнезащитных пропиток или покрасок. Применение производных материалов из древесины с улучшенными свойствами (фанеры различных видов, древесно-слоистых пластиков (ДСП), прессованной древесины, древесноволокнистых материалов (ДВП) и др.) и защита древесины существенно повышают долговечность деревянных конструкций и расширяют область их эффективного применения. В настоящее время в течение года на все виды строительства и капитального ремонта выделяется свыше 20 млн. м3 круглого леса, 40 млн. м3 пиломатериалов, 120 тыс. м3 фанеры, 700 тыс. м3 ДСП и 130 млн. м3 ДВП. Это составляет более 25 млн. м3 условного круглого леса или свыше 27% всех ресурсов лесоматериалов. Стоимость лесоматериалов достигает 6...7% стоимости всех материалов в строительстве, а удельный вес лесоматериалов в общей стоимости затрат на строительство достигает 17%. Из всего объема используемой древесины 43,6% расходуется на деревянные конструкции. Задача рационального использования древесины в строительных конструкциях заключается в совершенствовании конструктивных решений, обеспечении долговечности материала, индустриализации производства деталей и конструкций, целесообразном ее применении с учетом условий эксплуатации и т. д.Комплексное использование отходов лесной промышленности, а также отходов при изготовлении конструкций из дерева на основе их химической и химико-механической переработки значительно повышает эффективность использования древесины. Применение клееной древесины в строительных конструкциях позволяет получать конструктивные элементы больших размеров по сечению и по длине, что дает возможность создавать несущие деревянные конструкции больших пролетов и под большие нагрузки. Клееные деревянные конструкции являются наиболее качественными и надежными, так как изготовляются из высушенных пиломатериалов, менее подверженных растрескиванию и короблению, а также благодаря удалению дефектных мест. Качество их повышается и за счет рационального размещения досок в зависимости от их сорта в поперечном сечении элементов в соответствии с напряженным состоянием. Интенсивные способы консервирования древесины позволяют применять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехнических сооружениях: мостах, башнях, плотинах и др.Применение деревянных конструкций во временных зданиях и сооружениях подсобного назначения обусловливается возможностью изготовления их из местного лесоматериала, легкостью обработки простейшими инструментами на месте строительства и малой стоимостью древесины. Сборно-разборные вспомогательные конструкции из дерева (инвентарные леса, подмости, опалубка и т. д.) могут использоваться многократно, что дает значительный экономический эффект. Малая масса деревянных конструкций значительно сокращает стоимость их перевозок при транспортировании на большие расстояния. Эффективность применения деревянных конструкцийв отечественном строительстве определяется рядом существенных факторов. Древесина — относительно легкий материал при достаточной прочности. Это дает возможность создавать деревянные конструкции уникально больших пролетов, упрощает и облегчает транспортирование и монтаж их элементов и позволяет получать экономию на конструкциях опор. Древесина — нетвердый и легко обрабатываемый материал, поэтому создание производственной базы для изготовления деревянных конструкций в заводских условиях не требует больших капитальных затрат. Это производство легко поддается механизации, автоматизации и требует ограниченного применения ручного труда. Эти конструкции могут изготовляться даже в построечных условиях. Древесина легко склеивается водостойкими синтетическими клеями. Это позволяет из тонких досок создавать крупные клее-деревянные элементы любых размеров и форм и листовой древесный материал — строительную фанеру. Древесина обладает хорошими теплотехническими и санитарногигиеническими свойствами и является отличным материалом для стен и перекрытий малоэтажных жилых домов; она хорошо работает на циклические и ударные нагрузки. Деревянные конструкции успешно эксплуатируются в районах повышенной сейсмичности и мостах. Древесина — стойкий материал при эксплуатации в зданиях со слабой химически агрессивной средой, которая разрушительно действует на другие конструктивные строительные материалы. Это архитектурно красивый строительный материал, и общественные здания с применением деревянных конструкций имеют высокие архитектурные достоинства. Основными недостатками деревянных конструкций являются их подверженность гниению и горению. Однако конструкции из клеедеревянных элементов крупных сечений имеют достаточно высокий предел огнестойкости, а соблюдение требований конструктивной и химической защиты от гниения гарантирует необходимую долговечность их эксплуатации. Однако в ряде случаев деревянные конструкции имеют повышенную стоимость, и древесина высокого качества в ряде районов страны дефицитна. Эффективность применения деревянных конструкций определяется путем сравнения их разных типов между собой и конструкциями из других материалов. Технико-экономическая Оценка конструкций производится по величине приведенных затрат, необходимых для возведения данного здания в целом. При этом учитывается стоимость создания или использования производственной базы, себестоимость и время, необходимое для изготовления конструкций, их транспортирования, монтажа, сроков и расходов при их эксплуатации. Учитывается стоимость и дефицитных материалов в данном районе и наличие необходимых трудовых ресурсов, путей сообщения и степени сейсмичности. Технико-экономические сравнения определяют типы наиболее эффективных деревянных конструкций в сравнении между собой и с конструкциями из других конструкционных материалов. Приближенные выводы об эффективности данного типа строительных конструкций можно получить из сравнения ее с другими конструкциями по расходам материалов в деле. Применение деревянных конструкций дает наибольший экономический эффект в районах, богатых лесами, где лесоматериалы имеют пониженные цены и недефицитны, а производство сборного железобетона развито мало и он относительно дорог. Эффективность применения конструкций из пластмасс и сопутствующих материаловв отечественном строительстве определяется их специфическими особенностями. Эффективно применение трехслойных плит, панелей и элементов оболочек. Эти конструкции изготовляются в основном из алюминия и пенопласта и являются наиболее перспективньгми для применения в строительстве. Они характеризуются оптимально малой объемной массой по сравнению с другими аналогичными конструкциями и обладают соответственно высокими теплоизоляционными свойствами. Покрытия и стены из них не требуют применения водо- и пароизоляционных слоев. Однако стоимость этих конструкций несколько выше, чем из легкого и многопустотного железобетона. Кроме того, алюминий и пенопласт являются пока дефицитными материалами. Эти конструкции особенно эффективны при строительстве зданий в отдаленных неосвоенных районах севера и востока нашей страны. Производство их в первую очередь было организовано в районах с развитой промышленностью, откуда они отправлялись к месту строительства автодорожным, водным или воздушным транспортом. Значительная экономия получается также в процессе их. монтажа и в результате облегчения каркаса и фундаментов зданий. Алюминиево-пенопластовые панели имеют также значительные архитектурные достоинства и применяются в стеновых ограждениях общественных зданий в центральных районах страны. Эффективность их применения определяется при такой же методике сравнения, как и деревянных конструкций. Эффективность применения плит, панелей и фонарей верхнего светаиз прозрачных пластмасс — стеклопластика, винипласта и оргстекла — определяется тем, что они не требуют устройства коробок, переплетов, не хрупкие. При использовании оргстекла они создают оздоровительный микроклимат в помещениях. Эффективность применения пневматических оболочек определяется их ничтожно малой собственной массой порядка 1 кг/м2, возможностью их транспортирования в компактном свернутом виде и возможностью возведения в кратчайшие сроки, измеряемые сутками. Значительный эффект дает их применение в качестве временных сборно-разборных покрытий, например зерноскладов в районах с непредусмотренно большими урожаями. Они могут быть туда доставлены воздушным транспортом, быстро возведены и применены. Это приводит к сохранению значительной части урожая. Этим оправдывается их повышенная стоимость, дефицитность воздухонепроницаемых тканей и небольшой срок их нормальной эксплуатации, не превышающий пяти лет. Определение технико-экономических показателей конструкций. Факторы, влияющие на их эффективность Методика определения технико-экономических показателей (основные положения) Расход материалов, требующихся для изготовления конструкций с применением древесины и пластмасс, следует определять с учетом отходов, возникающих при их производстве. Расход пиломатериалов: а) для клееных конструкций Vпил= КрКс.ш.Кз.ш.КфКобрVд; б) для конструкций из брусьев и досок Vпил= КрVч.з.; Vч.з.=Vдпри использовании нестроганых деталей прямоугольной формы и постоянного сечения, где Кр, Кс.ш., Кз.ш., Кф, Кобр- коэффициенты, учитывающие соответственно отходы при раскрое пиломатериалов на черновые заготовки, сращивание заготовок по ширине, сращивание заготовок по длине на зубчатый тип, фрезерование досок по пласти, обработке заготовочных блоков (включая фрезерование боковых поверхностей блоков);Vч.з,Vд,Vз.б.- объем древесины соответственно в деле (по проекту), в черновых заготовках и в заготовочном блоке конструкции. Расход фанеры Vф = КрVч.з.; Раход круглого леса Vф = КрVч.з.(dфакт/dпр)2; где dпр- проектный диаметр бревен;dфакт- фактический диаметр бревен, используемых при изготовлении конструкций. Приближенно можно принять dфакт=dпр+ 1 см. Приведенный расход деловой древесины (в круглом лесе) ; где Vкр.л,Vпил,Vф - расход соответственно круглого леса, пиломатериалов и фанеры, определяемый по вышеприведенным формулам; 1,61 и 2,5 — расход, м3, круглого леса на изготовление соответственно 1 м3пиломатериалов и 1 м3фанеры. Расход клея конструкций для изготовления многослойных клееных деревянных Pкл =pклVз.б; где Pкл- расход клея на 1 м3объема заготовочного блока, зависящий от толщины слоев. Расход стали на изготовление стальных элементов вычисляют с учетом отходов в размере 5 % их массы. Определив расход основных материалов, можно найти их стоимость, используя прейскуранты оптовых цен, введенные в действие с 1 января 1982 г. на обрезные пиломатериалы, на синтетические смолы, клей, пластмассы, на прокат черных и цветных металлов и металлоизделия. Трудоемкость основных технологических операций изготовления деревянных конструкций слагается из затрат на обработку деталей, сборку (склейку) и окраску (или огнезащитную обработку конструкций). Трудоемкость изготовления конструкций может быть определена с использованием соответствующих методических рекомендаций или составлением калькуляций. Трудоемкость возведения конструкций может быть определена по данным соответствующих сборников элементных сметных норм на строительные конструкции и работы или для новых конструкций составлением калькуляций с использованием ЕНиР на строительные, монтажные и ремонтностроительные работы. Продолжительность возведения конструкций определяют в зависимости от трудоемкости монтажа, принятого количества монтажных кранов и состава бригады. Стоимость изготовления конструкций ; где Со.м.- затраты на основные материалы и изделия, вычисляемые с использованием соответствующих прейскурантов оптовых цен; Кт.з.коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы 3 предприятия; Сс- себестоимость сушки пиломатериалов, руб./м ;Vпил- расход пиломатериалов, м3; Ц3 - среднечасовая заработная плата основных производственных рабочих; Ти- трудоемкость основных технологических операций но изготовлению конструкций; Н - накладные расходы предприятия (цеховые и общезаводские расходы, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования) в % к основной заработной плате; Квн, Кпл- коэффициенты, учитывающие соответственно внезаводские расходы предприятия и плановую прибыль. Себестоимость конструкций в деле С' = Спр.з+ Н = (Си.к., + Ст)Кз.с.+ Ссб+ Суст+ Сокр+ Н, где Спр.з- прямые затраты; Н - накладные расходы; Ссб, Суст, Сокр- стоимость соответственно укрупнительной сборки, установки конструкций в проектное положение и окраски (огнезащитной обработки); Кз.с- коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы. Накладные расходы при сравнении конструкций рекомендуется определять в зависимости от затрат на основную заработную плату Со.з.и затрат по эксплуатации строительных машин Сэ.м. по формуле H= 0,7( Со.з.+ Сэ.м.) Затраты на укрупнительную сборку, установку и окраску конструкций могут быть найдены по соответствующим сборникам единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы, а для новых конструкций составлением калькуляций с использованием ЕНиР. При определении стоимости конструкций в деле плановые накопления принимают в размере 8 % себестоимости в деле. Приведенные затраты в общем случае вычисляют с учетом себестоимости конструкций в деле (единовременных затрат), капитальных вложений в базу, эксплуатационных расходов и возможности получения в некоторых случаях экономического эффекта от сокращения продолжительности строительства и ускорения ввода объектов в действие при применении конструкций с меньшей продолжительностью возведения. При дипломном проектировании приведенные затраты могут быть найдены (при продолжительности функционирования объектов более 25 лет) по упрощенной формуле с учетом влияния основных факторов П = С' + ЕнК + Пэ= С' + ЕнК + ЭТн, где Ен— нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, К — капитальные вложения в основные фонды в сфере строительства; Пэ— часть приведенных затрат, зависящая от эксплуатационных расходов; Э — эксплуатационные расходы (среднегодовые) ; Тн— нормативный срок окупаемости капитальных вложений. Эксплуатационные расходы определяют с учетом затрат на замену конструкций (при сроке службы конструкций Тф — меньшем, чем срок функционирования объектов Тм), затрат на капитальный и текущий ремонты. При сравнении вариантов ограждающих конструкций отапливаемых зданий, отличающихся сопротивлением теплопередаче, при вычислении эксплуатационных расходов следует учитывать затраты на тепловую энергию, идущую на отопление здании и зависящую от сопротивления теплопередаче. При существенно различных сроках службы конструкций и затратах на их ремонты, а также при относительно малой продолжительности функционирования объектов Пэрекомендуется находить по следующей формуле, учитывающей большее количество факторов: где Сд, Су, С3.i,Cp.i- стоимость, руб., соответственно разборки конструкций и вывоза нереализуемых материалов от разборки, реализации утилизируемых материалов от разборки; возведения новой конструкции вместо старой, отслужившей свой срок Тф, одного капитального ремонта; Ст- стоимость текущих ремонтов и прочих видов эксплуатационных расходов, равномерно распределенных во времени, руб./год; С0- возможные потери от остановки или сокращения объема производства в период проведенияiзамены конструкций или в периодjкапитального ремонта; Тмпродолжительность функционирования объекта (или срок морального износа здания, сооружения или отдельных конструкций);t3.i,tp.j- время, год, от начала эксплуатации объекта соответственно отiзамены конструкций и срока проведенияjкапитального ремонта;n,m- число замен конструкций и капитальных ремонтов за весь период функционирования объекта Тм;условное время (см рис.1), за которое учитывают полностью текущие эксплуатационные расходы С, год. При определении затрат, связанных с заменой рассматриваемых конструкций, не следует забывать о тех смежных конструкциях, которые, возможно, придется заменять одновременно с рассматриваемыми конструкциями при невозможности или затруднительности замены этих конструкций без нарушения целостности смежных конструкций.