В нашей стане живы традиции русского первенства. Конструкция, создание машины, проект установки всегда тесно связано с именами Кулибина, Леонарда Эйлера,Засядько,Мосина,Дегтярева,Токарева,Калашникова,Туполева,Яковлева,Лавочкина,Королева Журавского, Тесла и других легендарных физиков и конструкторов. . Сегодня, как никогда, видна работа мощных конструкторских коллективов в создании ракетного щита страны, русского оружия. Это наша гордость, сила, уверенность в завтрашнем дне. На этой волне можно и должно проводить работу по созданию научной платформы, основанной на лучших традициях конструирования, необходимо заразить будущих специалистов романтикой этой непростой профессии, дать заряд вечного поиска.
При таком возрастающем значении конструкций в творческом процессе проектирования большое значение имеет свободное владение информацией обо всех видах конструктивных систем, особенностях их работы, технологии возведения. Инженер не чувствующий работу конструкции, не обладающий чувством формы, сегодня не могут полностью проявить себя в творческом процессе создания новых строительных объектов.. Развитие средств автоматизированного проектирования и новые технологические решения в области возведения сложных систем открывают сегодня перед конструкторами практически безграничные возможности в реализации их творческих замыслов.
Новые технологии и современные материалы помогают конструктору реализовывать самые смелые концепции при стабильной и надежной работе несущего остова сооружения. В статье описаны некоторые технические решения, которые возникли при знакомстве с металлическими конструкциями наиболее часто встречающимися в оснащении заводов. Громоздкость и металлоемкость существующих конструкций этажерок ,эстакад ,площадок трудоемкость их возведения невольно вызывает критику. При решении задач оснащения заводов пришлось заняться поиском наиболее рациональных структур.
Ниже даны некоторые результаты поисков новых конструкций, которые удалось внедрить в строительство, и которые находятся в постоянном совершенствовании. Работа была проделана на совершенно индивидуальном подходе к стержневым конструкциям.
Использование структурных элементов для создания единой конструктивной системы началось, когда американский изобретатель Ричард Фуллер разработал конструкцию «геодезического купола», представляющего собой полусферу, собранную из тетраэдров Знаменитый архитектор и инженер Ричард Бакминстер Фуллер (Richard Buckminster Fuller) утверждал, что открытая им модель показывает механизмы работы самой природы, которая не пользуется, в отличие от человека, декартовой системой координат. Еще он полагал, что природе не знакомо число «пи», а предложенная им модель расположения сфер может быть моделью расположения атомов в молекуле, которые не вращаются вокруг центра равномерно, а совершают квантовые скачки от одной вершины многогранника к другой. Он оказался отчасти прав. В 1985 году, через два года после смерти Фуллера, ученые Роберт Кёрл, Харольд Крото и Ричард Смоли действительно открыли молекулу углерода, имеющую описанное Фуллером строение. Молекулу назвали фуллерен в честь человека, который предсказал ее существование, а открывшие ее исследователи в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии. Труды Р. Фуллера по применению многогранников в конструкциях зданий и сооружений обратили внимание мирового сообщества на этот многообещающий тип конструкций. Прежде всего, следует различать встречающиеся в технической литературе термины.
Вантовый переход большого пролета.
Стержневые пространственные системы–несущие конструкции, образуемые совокупностью соединенных между собой элементов – стержней. В виде стержневых пространственных систем часто выполняются сооружения башенного типа (башни, опоры линий электропередачи и др.), а также несущие конструкции покрытий и пере-крытий, так называемые структурные плиты.
Система регулярной структуры (СРС) – несущая конструкция здания или сооружения, образуемая повторяющимися однотипными ячейками из стержневых или пластинчатых элементов. В зави-симости от формы и характера статической работы СРС могут быть выполнены в виде плит, складок, оболочек (сводов, куполов), а также использо-ваться в качестве элементов комбинированных систем (конструкций).
Система регулярной структуры стержневая–несущaя конструкция, образуемая совокупностью соединенных между собой элементов (стержней), у которых один из размеров (длина) значительно больше двух других. В виде стержневых пространс-твенных систем часто выполняются сооружения башенного типа (башни, опоры линий электропередачи и др.), а также несущие конструкции покрытий и перекрытий, так называемые структурные плиты
Структура, структурная плита – плоская несущая конструкция покрытия (перекрытия), образуемая системой регулярной стержневой или пластинчатой структуры
В общем виде применяемые в настоящее время «структуры» можно свести к трем общим категориям:
1)развитые из плоскости фермы;
2)перекрестно-стержневые системы;
3)однослойные и двухслойные стержневые структурные оболочки.
К недостаткам «структур» относятся технологическая сложность строительства и монтажа конструкций, повышенная трудоемкость и материалоемкость изготовления узлов соединения стержней (а значит, их более высокая стоимость). При этом структурные конструкции иногда остаются единственным решений для сложных конструктивных форм и региональных условий строительства. Пространственные стержневые конструкции дают значительные возможности для достижения высокой конструктивной и архитектурной выразительности. Стержневые «структуры» используют в качестве вертикальных несущих систем высотных зданий, а также в общественных зданиях (выставочные, торговые и спортивные залы, кинотеатры, павильоны и т. д.) для перекрытия больших пролетов. Таким образом, «структура» как конструктивная основа является наиболее интересной и востребованной в современной практике.
Для создания стабильной, прочной «структуры» используют треугольное соединение стержней с шарнирными узловыми соединениями, которые могут отводить силы и распределять нагрузки на внешние конечные точки. Треугольники как наиболее стабильные и жесткие геометрические фигуры позволили сэкономить 20 % стали, визуально разбили монотонную плоскость вытянутого фасада и создали экспрессивную динамику восприятия (см. рис1.). В строительных металлических конструкциях не встретишь треугольных призматических стоек, конфигурация позаимствована из конструкции мачт.
Переход через канал пролетом 60 метров.
Треугольная призма относиться к стержневым пространственным системам принята за основу интуитивно, но как элемент оказалась очень приемлемой и органически вписывалась во вновь созданных конструкциях. В обычных цехах монтажных баз она очень технологична, транспортабельна на малые расстояния, хорошо монтируется на площадке в комплекте с бетонными блоками фундаментов. Очень выгодно отличается от своих аналогичных предшественниц небольшой металлоемкостью. Треугольные призмы выбраны определенной размерной конструкции. Основным фактором здесь является жесткость конструкции. Все этажерки при этом обладают устойчивостью и прочностью при боковых нагрузках вызванных ветровой и сейсмической нагрузками. Этому способствует и шарнирное опирание площадок. Обратите внимание на стройность и легкость конструкции, высокую конструктивную выразительность.
В проектах промысловых предприятий часто встречаются высотные этажерки для размещения оборудования. Обычно это пространственные металлические конструкции, . по наружному периметру этажерок и площадок, лестниц и площадок лестниц предусматривается ограждения высотой 1 м.Нижняя часть ограждения должна иметь сплош¬ной борт высотой 0,14 м. Сборка конструкций, поэлементно, предусмотрена на монтажной площадке
Это очень неудобно, так как означает большой объем высотных работ связанных со сваркой. Предпринял попытку укрупнить поставочные узлы, увязать установку их с конструкцией фундаментных блоков. Все многообразие конструкций этажерок сведено к стандартному блоку стоек и к стандартным блокам площадок
Переход через канал газопровода 426 мм, пролетом 60 метров.
Очень хорошо, когда организованы тут же площадки для заливки фундаментных блоков для установки призм на монтажной площадке. Это способствует бесподгоночной установки призм на монтаже и способствует монтаж производить блоками за очень короткий промежуток времени, избавляет от большого объема высотных работ. Монтажным работам придается индустриальный метод ,без большого объема сварочных работ.
ростверк свайной опоры.
На рисунке треугольные призмы из труб органически точно поддерживают шесть 20 тонных вертикальных аппаратов со сжиженным газом, с обвязкой на верхнем этаже запорной арматурой (Рис 2).
Различными конструктивными комбинациями из стандартных стоек треугольные призмы и стандартных площадок достигается различные по высоте габаритам и грузонесущей способности конструкции.
Монтаж перехода.
.
При многочисленных наружных переходах газопроводов через водные преграды каналов и рек свайные опоры из трубных свай диаметром до 530 мм выполняются треугольной конфигурацией с ростверком под хомутовые опоры. Этим достигается нормативная жесткость свайной опоры в направлениях действия нагрузок и экономия свай и объема работ в трудных условиях.
Переход пролетом 50 метров.
Здесь также применяется такая же треугольная пространственная призма в роли фермы из труб.(рис 10)
Успешное применение конструктивных элементов на практике, хорошие отзывы монтажников, безупречная эксплуатация десятки лет позволяет рекомендовать их к применению. Могу с определенностью сказать что при задачах конструирования и сегодня,как правило, опять и опять применяются треугольные призмы, (рис 7,8,9 )что вначале неоднозначно воспринимаются уже молодыми инженерами привычными, для которых являются громоздкие сооружения, описанные во всех учебниках и справочниках. Буквально накануне успешно решена задача создания балочного перехода газовой трубы через 45 метровый канал(рис 12). В основе перехода предложена призматическая треугольная ферма со стороной 3 метра и с пролетом 45 метров, лежащая на двух свайных береговых опорах(рис11.)
Монтаж фермы перехода.
На рис 13. вид мощной шарнирной стойки пространственной конфигурации оснастки для опоры 240 тонного аппарата при подъеме его в вертикальное положение.(рис 14.)
Теперь о новых еще не освоенных практикой промышленных конструкциях .
Высокая сейсмичность района ,ветровые и погодные и рабочие нагрузки, отсутствие на площадке строительства разнообразия металлических профилей, наличие бывших в эксплуатации, но годных для строительства трубной продукции, послужили причиной поисков наиболее рациональных конструктивных пространственных систем , отличающихся от прежних своей необычностью, в то же время технологичностью изготовления, универсальностью и простотой монтажа и возведения. В основу конструкции предлагается тот самый «кристалл» ,который описан в учебниках и справочниках по пространственным металлическим конструкциям. Он же, тетраэдр, взят за основу Фуллером в его пространственных конструкциях.. В нашем случае кристалл образован сторонами правильной треугольной пирамидой (тетраэдр) и четырех - угольным и пирамидами(октаэдр).
.
Готовый к эксплуатации переход.
В основу всех описанных в последствии конструкций входит именно кристалл из металлических полых стержней. В местах примыкания кристалл имеет простое шарнирное соединение. На элементы конструкции треугольные и четырех угольные пирамиды разработаны нормализованные типовые ряды конструкций, которые осваиваются заводами или монтажными организациями. Конструирование необходимых металлических конструкций одно и многоярусных технологических этажерок, пандусов для размещения технологического оборудования происходит на основе этих элементов. Примером послужили стержневые высотные вантовые конструкции факелов высотой до 80 метров имеют в своей основе шарнирное соединение в опоре, позволяющее разгрузить всю систему. На рис 16. Показаны примеры элемента конструкции платформы, набранного из элементарных стержневых пирамид Рис 15. В основе всей системы лежат стержневые правильные четырехгранные пирамиды ,кристаллы, шарнирно соединенные между собой и опертые шарнирно на фундамент или на железобетонные стойки. Схемы структурных плит из решетчатых пирамид:
Переход газовой трубы полётом 70 метров.
Структурная платформа служит для размещения технологического оборудования .
Образованные таким образом пирамиды 1 соединенных шарнирно между собой боковыми сторонами 2 объединены в единый пространственный блок соединением между собой по нижним кромкам 3, а также с помощью ортогонально-перекрестной системы стержней 4 по вершинам. по патенту РФ 2103454(рис 17).Созданная конструкция наиболее рациональная при распределении рабочей нагрузки, сейсмических и ветровых нагрузок по стержневой конструкции. Материал в такой системе распределяется сравнительно равномерно. При действии на систему подвижных и неравномерно приложенных нагрузок в работу включается большое число стержней, что позволяет создавать достаточно легкие конструкции несущих покрытий с многоопорным подвесным транспортом и другие эффективные системы
Все элементы изготовлены на заводе или монтажной базе. Конструкция собирается поэлементно на месте монтажа без сварки с наименьшей трудоемкостью. . Компактные пакеты из пирамид дают возможность монтажа пространственно жестких конструкций. крупными блоками
На фиг. 18- изометрический вид двухъярусного пространственного каркаса на основе октаэдра и тетраэдра.
Установка перехода пролетом 60 метров мощного газопровода.
Эти конструкции вскоре найдут свое место в многочисленных примышленных пространственных сооружениях. Ведется подготовительная работа ,поиск наиболее значимого сооружения, где данные конструкции сделают прорыв и займут свое место в технологических этажерках, эстакадах, площадках обслуживания и др.промышленных предприятий.
Аннотация. В статье описаны некоторые технические решения, которые возникли при знакомстве с металлическими конструкциями, наиболее часто встречающимися в оснащении заводов. При решении задач оснащения заводов пришлось заняться поиском наиболее рациональных структур. работа была проделана на совершенно индивидуальном подходе к стержневым конструкциям.
Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист, ООО «Нефтегазмонтаж» ,
Тел. +998 94 635 1672, е-mail: mamedov_46@mail.ru.