Теоретико-инженерные основы строительного дела

Отражены основные положения анализа материалов инженерно-геологических изысканий для строительства, приведена методика построения геолого-литологических и инженерно-геологических разрезов, а также геологических карт. Изложены требования к содержанию пояснительной записки по инженерно-геологическим изысканиям, составлению технического задания и программы на изыскания. Все основные разделы, касающиеся оценки оснований для последующего проектирования фундаментов, сопровождаются справочным материалом из действующих нормативных документов.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы работы балок, центрально-сжатых колонн и узлов конструкций. Представлены рекомендации по расчету и проектированию основных несущих конструкций балочной рабочей площадки. Изложена методика подбора сечения балок, колонн, расчета узловых соединений стальных конструкций. Пособие создано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования.

В учебном пособии приведены сведения об использовании компьютерных технологий при проектировании пространственных каркасов зданий и основные положения расчета металлических конструкций. На примере металлического каркаса здания с купольным покрытием рассмотрены практические аспекты подготовки данных для компьютерных расчетов на разных этапах проектирования. Подробно показано выполнение отдельных этапов в разных компьютерных программах, приведен анализ полученных результатов и рассмотрено их применение в дальнейшем проектировании. Проектирование выполнено с использованием авторской программы GERA, специализированного программного комплекса SCAD, программы автоматизированного проектирования и черчения AutoCAD и табличного процессора Excel.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы расчета и проектирования стальных несущих конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами, описан алгоритм выполнения компоновки каркаса, приведен сбор нагрузок, даны рекомендации по составлению пространственной расчетной конечно-элементной модели каркаса, рассмотрены подбор и проверка сечений основных несущих конструкций поперечной рамы здания — элементов ступенчатой колонны, стропильной фермы, а также представлены расчеты узлов.

Рассмотрены этапы формообразования строительных конструкций как циклического процесса генерации конструктивных идей, проектирования, возведения, эксплуатации каждого возведенного сооружения и ее прекращения. Введена необходимая терминология и обоснована новая система из 12 принципов формообразования строительных конструкций — базовых критериев принятия технических решений при проектировании сооружений и по их оценке научно-технической экспертизой.

Методические указания составлены в соответствии с МИ-10-2017 (версия З) и содержат индивидуальные расчётные схемы, порядок выполнения, содержание заданий, а также примеры выполнения типовых задач.

В методических указаниях приведены способы расчёта типовых вариантов конструкций, необходимых для осуществления любой конструкторской деятельности.

В методических указаниях изложены основы расчета строительных конструкций с учетом геометрической нелинейности с использованием программного комплекса «MAV.Structure».

Изложены общие теоретические сведения по проектированию рабочих площадок, компоновке и алгоритму расчета их элементов. Содержатся основы современных методов расчета и конструирования металлических конструкций рабочих площадок с использованием последних редакций строительных норм. Приведены расчеты сварных соединений в узлах и соединениях главной балки, расчеты центрально сжатых сплошных и сквозных колонн, листового настила, балок настила и главных балок.

Рассмотрены расчеты предварительно напряженной двускатной балки покрытия, фундаментов на естественном основании и свайных фундаментов, особенности определения ветровой нагрузки с учетом орографии местности, турбулентности и смещения профиля ветра, а также расчеты одноэтажного производственного здания с учетом сейсмических воздействий. Анализ работы здания при сейсмических воздействиях выполняется нелинейным статическим методом, который позволяет отслеживать порядок образования пластических шарниров в элементах конструкции и предотвратить превращение ее в геометрически изменяемую систему (механизм). Этот метод может широко применяться при расчете зданий на максимальное расчетное землетрясение по российским нормам.

Изложены общие теоретические сведения по проектированию рабочих площадок, компоновке и алгоритму расчета их элементов. Содержатся основы современных методов расчета и конструирования металлических конструкций рабочих площадок с использованием последних редакций строительных норм. Приведены расчеты сварных соединений в узлах и соединениях главной балки, расчеты центрально сжатых сплошных и сквозных колонн, листового настила, балок настила и главных балок.

Приведены сведения об основных существующих способах сварки. Описаны основные технологические процессы, происходящие при различных способах сварки, оборудование и материалы, рассмотрены основные преимущества и недостатки каждого вида сварки. Рассмотрены пути повышения прочности и свариваемости сварных соединений, а также контроля их качества. Изложены основы теории образования сварочных напряжений и деформаций и мероприятий по их снижению и основы технологического процесса изготовления сварных строительных металлоконструкций.

Рассмотрены основные аспекты строительных предпроектных работ с последующим более подробным освещением инженерно-экологических изысканий, являющихся одним из основных природоохранных мероприятий. Даны примеры протоколов, составляемых по результатам измерений. Показана последовательность и логика изложения материала. Обозначена нормативная база. Приведены методические задания для более эффективного усвоения материала, представлены вопросы итогового тестирования.

Рассмотрены новые методы оценки влияния микровибродинамических многоцикловых нагрузок в системах типа «объект — основание» на формирование сверхпроектных нагрузок на строительные конструкции. Представлены теоретические основы вибродозиметрического метода моделирования вибродинамических и геодеформационных процессов, прикладной динамической теории упругости и метода точечных источников динамических нагрузок для построения типовых схем расчетного моделирования взаимодействия строительных конструкций и оснований.

Представлены расчеты железобетонных конструкций многоэтажных зданий, в том числе с использованием программного комплекса ЛИРА. Описаны алгоритмы расчета конструктивных элементов многоэтажных зданий, приведены примеры расчетов, даны рекомендации по конструированию железобетонных конструкций.

Учебно-методическое пособие содержит примеры расчета железобетонных конструкций зданий. Приведены примеры расчетов плиты покрытия типа П пролетом 12 м, монолитной безбалочной плиты перекрытия по двум группам предельных состояний, внецентренно сжатой колонны, стропильной сегментной фермы покрытия, тонкостенного покрытия в виде оболочки переноса без ЭВМ.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы проектирования одного наиболее востребованного в настоящее время вида зданий — многоэтажного монолитного каркасного здания. Рассмотрено построение пространственной расчетной модели «здание-основание» конструктивной системы многоэтажного монолитного каркасного здания, даны рекомендации по выполнению ее расчета. Приведены нормативные требования к конструированию плоского перекрытия, фундаментной плиты, колонны и лестницы, а также варианты их конструктивного решения. Даны примеры выполнения чертежей рассчитываемых конструктивных элементов здания, приведены нормативные требования к их исполнению.

Изложены нелинейные методы расчета на длительные нагрузки сложных большепролетных многократно статически неопределимых деревянных конструкций на основе теории интегрального модуля деформаций и критериев прочности древесины при сложном напряженном состоянии. Расчеты ориентированы на использование ЭВМ. Приведены характерные примеры проектирования пространственных конструкций покрытий и сооружений, состоящих из каркаса и обшивок. При этом показаны ярко выраженные эффекты перераспределения внутренних усилий и совместной работы обшивок с каркасом при несимметричных нагрузках. Дан приближенный расчет обшивок, который распространяется на плоскостные конструкции с учетом специального проектирования соединений.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы усиления монолитных и сборных железобетонных конструктивных элементов перекрытий зданий стеновой и каркасной системы. Приведено усиление кирпичных столбов и бутобетонного фундамента. Рассмотрены как классические способы усиления железобетонных и каменных конструкций, так и современные способы их усиления с применением современных композитных материалов. Для оценки напряженно-деформированного состояния строительных конструкций, изучаемых в рамках курсового проектирования, в пособии рассматривается построение их компьютерных моделей в ПК ЛИРА-САПР.

Учебно-методическое пособие содержит примеры расчета железобетонных несущих конструкций причального сооружения эстакадного типа. Приведены компоновка пирса, статический расчет двухпролетной рамы, расчет плиты перекрытия, неразрезного ригеля, сваи-оболочки, узлов сопряжения по двум группам предельных состояний.

Учебно-методическое пособие содержит примеры расчета железобетонных элементов промышленного здания в помощь студентам при выполнении ими самостоятельных практических заданий. Пособие разработано в соответствии со СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» и сводами правил по расчету бетонных и железобетонных конструкций без предварительного напряжения (СП 52-101-2003) и с предварительным напряжением (СП 52-102-2004) арматуры.

Главная задача пособия — дать студенту базовые знания, позволяющие понять основные закономерности взаимодействия возводимых различными способами подземных сооружений с вмещающим породным массивом. Рассмотрено строительство подземных сооружений открытым и закрытым способами.

Методические указания составлены в соответствии с требованиями ФГОС ВО подготовки бакалавров, учебным планом и рабочей программой дисциплины. Состав и содержание задач, помещенных в методических указаниях, учитывают специфику подготовки обучающихся по указанному направлению. В представленной работе приводятся необходимые сведения и справочная литература для осуществления расчетов элементов конструкций на прочность и жесткость.

В учебном пособии приведены задачи и упражнения разной степени сложности по основам общей геологии, динамической геологии, инженерных изысканий, охраны и рационального использования окружающей среды, экологии, инженерной экологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Задачи и упражнения могут быть использованы при проведении лабораторных работ, практических занятий, курсовых работ, в качестве домашних заданий, при приеме промежуточной аттестации, контроля текущей успеваемости.

Учебно-методическое пособие содержит материалы для курсового проекта, практических занятий по дисциплинам «Железобетонные и каменные конструкции», «Железобетонные конструкции». Приведены конструктивные решения зданий с тонкостенными пространственными покрытиями. Изложены приближенные методы расчета тонкостенных пространственных покрытий без использования ЭВМ. Описаны общие положения и требования к численному методу расчета здания с применением программных комплексов. Рассмотрены пример расчета здания с тонкостенным пространственным покрытием с помощью ПК SCAD Office и пример расчета оболочки при свободном деформировании вдоль контурной конструкции.

Приведены сведения об основных существующих способах сварки. Описаны основные технологические процессы, происходящие при различных способах сварки, оборудование и материалы, рассмотрены основные преимущества и недостатки каждого вида сварки. Рассмотрены пути повышения прочности и свариваемости сварных соединений, а также контроля их качества. Изложены основы теории образования сварочных напряжений и деформаций и мероприятия по их снижению и основы технологического процесса изготовления сварных строительных металлоконструкций.

Во второй части книги дана дополнительная информация по определению пластических моментов сопротивления сечений элементов, выполнен анализ методик расчета элементов на устойчивость, рассмотрена теория определения секториальных характеристик сечений элементов и вычисления нормальных и касательных напряжений при стесненном кручении. Приведены примеры расчета при стесненном кручении элементов различного поперечного сечения и составных подкрановых конструкций. Рассмотрен расчет подкрановой балки, включая расчет ее прочности с учетом бимоментов и изгибно-крутящих моментов. Приведены сведения о программе «Тонус» и справочные данные для определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов, бимоментов и изгибно-крутящих моментов, включая данные для вычисления гиперболических функций.

Учебно-методическое пособие содержит основные сведения, расчетные зависимости и примеры расчетов открытых каналов и сопрягающих сооружений в виде перепадов и быстротоков, устанавливаемых на участках водопропускного тракта с большим перепадом отметок.

В учебном пособии приведены основные группы методов технической мелиорации грунтов и массивов, изложены методы инженерно-геологических изысканий в области строительства, необходимые для составления проекта по улучшению свойств грунтов методами технической мелиорации для минимизации природно-техногенных опасностей.

Изложен метод расчета статически неопределимых конструкций, усиленных под нагрузкой. Приведены результаты экспериментальных исследований деформирования конструкций, получивших локальные повреждения и усиленных без вывода из напряженного состояния. Представлены аналитические соотношения для определения степени усиления конструкций и результаты расчетов эффективности усиления в зависимости от уровня действующих ремонтных напряжений и геометрических характеристик возникших повреждений.

Даны указания по расчету настила, вспомогательных и главных балок балочной клетки. Приведены примеры расчета. Представлен необходимый для расчета справочный материал.

Рассмотрены расчеты ненапрягаемых изгибаемых железобетонных конструкций перекрытий и покрытий зданий, включая перераспределение изгибающих моментов в конструкциях, определение постоянных, снеговых, ветровых и крановых нагрузок, составление сочетаний воздействий для расчета конструкций гражданских и промышленных зданий, а также расчеты колонн.

Рассмотрены новые методы оценки влияния микровибродинамических многоцикловых нагрузок в системах типа «объект–основание» на формирование сверхпроектных нагрузок на строительные конструкции. Представлены теоретические основы вибродозиметрического метода моделирования вибродинамических и геодеформационных процессов, прикладной динамической теории упругости и метода точечных источников динамических нагрузок для построения типовых схем расчетного моделирования взаимодействия строительных конструкций и оснований.

В учебно-методическом пособии приведены теоретические сведения об основах компьютерного анализа напряженно-деформированного состояния строительных конструкций при проведении экспериментальных исследований при статических и динамических нагрузках. Задачи компьютерных практикумов посвящены анализу влияния условий закрепления, определению прогибов, определению внутренних усилий и учету повреждений в моделях. В каждом практикуме даны краткие теоретические сведения о рассматриваемой задаче, указан порядок выполнения работы и проведен анализ полученных результатов.

В учебно-методическом пособии даны общие сведения о возможностях ПК STARK ES, об особенностях работы с частичными проектами, о порядке создания расчетных схем и расчета железобетонных конструкций.

Изложены нелинейные методы расчета на длительные нагрузки сложных большепролетных многократно статически неопределимых деревянных конструкций на основе теории интегрального модуля деформаций и критериев прочности древесины при сложном напряженном состоянии. Расчеты ориентированы на использование ЭВМ. Приведены характерные примеры проектирования пространственных конструкций покрытий и сооружений, состоящих из каркаса и обшивок. При этом показаны ярко выраженные эффекты перераспределения внутренних усилий и совместной работы обшивок с каркасом при несимметричных нагрузках. Дан приближенный расчет обшивок, который распространяется на плоскостные конструкции с учетом специального проектирования соединений.

Рассмотрены геодезические методы выполняемых периодически (или по мере необходимости) специальных работ по определению деформаций инженерных сооружений. Получаемые высокоточные геодезические измерения позволяют решать как научные задачи (обоснование теоретических расчетов устойчивости сооружений), так и производственно-технические, обеспечивающие нормальную эксплуатацию сооружений и оборудования и принятие профилактических мер при выявлении недопустимых величин деформаций. Приводится методика определения осадок фундаментов, скорости протекания осадки, крена, прогиба и прогнозирования времени стабилизации сооружений. Изложены способы определения крена высоких сооружений по разности высот осадочных марок; вертикальным проектированием; путем определения координат; измерением углов или направлений. Описаны способы наблюдения за трещинами несущих конструкций посредством простейших измерений, а также с применением щелемеров. Изложены методы определения планово-высотного положения рельсов при геодезической съемке крановых путей. Уделено внимание новым способам определения деформаций с использованием электронных тахеометров, лазерного сканирования и спутниковых приемников. Описаны методики создания опорных деформационных геодезических сетей в виде линейно-угловых сетей, полигонометрии и трилатерации.

Приведена методика, описаны способы и средства инженерно-геологических изысканий на различных этапах проектирования как гидротехнических, так и промышленно-гражданских сооружений. Наиболее детально рассмотрены инженерно-геологические изыскания для обоснования строительства гидроэнергетических и морских нефтегазопромысловых сооружений.

Рассмотрены технология и организация возведения монолитных конструкций, комплексная механизация бетонных, арматурных, опалубочных работ. Особое внимание уделено схемам комплексной механизации работ при возведении наиболее массовых монолитных конструкций в промышленном и гражданском строительстве. Приведён сравнительный анализ и технико-экономические показатели различных технологий, процессов и операций. Даны современные конструкции опалубок и специальные средства механизации монтажа и демонтажа. Освещены вопросы повышения производительности труда, сокращения доли ручных работ на строительной площадке.

Приведены расчеты железобетонных конструкций с использованием программного комплекса ЛИРА. Подробно описаны возможности данного комплекса, даны рекомендации по конструированию железобетонных конструкций, что должно помочь студентам самостоятельно выполнять компьютерные расчеты в рамках курсового и дипломного проектирования.

В монографии рассмотрены состав и содержание документации, разрабатываемой при производстве строительно-монтажных работ на всех стадиях процесса строительства объекта: подготовки объекта к строительству, основного периода строительства и ввода объекта в эксплуатацию. Приведены как обязательные, так и рекомендуемые формы документации с примерами их заполнения.

В учебнике рассмотрены основные тенденции современной архитектуры в соответствии с типологией зданий и сооружений на примере развития современной архитектуры жилых, общественных и промышленных зданий. Анализируется взаимозависимость тенденций развития архитектуры и определяющих эти направления развития конструктивных систем последних лет. Исследуются изменения в композиционных и объемно-планировочных решениях, характерных для новейших зданий и их комплексов.

Рассматриваются основные вопросы, связанные с аэродинамикой зданий и сооружений, характеристики экспериментального оборудования, основы проведения испытаний в аэродинамических трубах, а также основные программные пакеты, предназначенные для численного моделирования, и их особенности на примере мультизадачного комплекса ANSYS CFX.

В первой части рассмотрены расчеты металлических конструкций «классической» балочной клетки и конструкций одноэтажного производственного здания с мостовыми кранами, включая расчеты фундамента; приводится определение постоянных, снеговых, ветровых и крановых нагрузок, а также составление сочетаний воздействий для расчета конструкций здания. Рассмотрены методики определения пластических моментов сопротивления поперечных сечений элементов и особенности расчета прочности и устойчивости изгибаемых и сжатых элементов, включая профилированные листы. Приведены справочные таблицы для определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов. Во второй части книги будет рассмотрена теория определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов с примерами для элементов простого поперечного сечения (тавра и швеллера) и подкрановой конструкции, состоящей из подкрановой балки, тормозного листа и окаймляющего швеллера. Рассматривается расчет подкрановой балки, включая расчет ее прочности с учетом бимомента.

Изложены теоретические основы курса строительной механики в соответствии с рабочей программой дисциплины «Техническая механика» применительно ко второму семестру ее изучения. Даны практические приемы построения эпюр внутренних усилий в простейших статически определимых системах с подробными комментариями, сопровожденные примерами расчета.

Изложены теоретические основы курса сопротивления материалов, предусмотренные рабочей программой дисциплины «Техническая механика», касающиеся расчета упруго-деформируемых систем, работающих в условиях растяжения, сдвига, кручения, изгиба и пр. Теоретические положения сопровождены примерами расчета.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы происхождения, формирования и строения минералов и горных пород. Предназначено для самостоятельной работы обучающихся при подготовке к практическим занятиям и лабораторным работам по дисциплине «Инженерные изыскания в строительстве. Геология (минералогия, петрография)».

В учебно-методическом пособии представлены материалы для проведения практических занятий по дисциплине «Проектирование строительных конструкций», которые предназначены для изучения методов проектирования и усиления железобетонных конструкций. Приведены примеры построения расчетных моделей и выполнения расчетов в ПК ЛИРА. Рассмотрены вопросы проведения лабораторных испытаний и компьютерных исследований железобетонных конструкций, обследования их технического состояния.

Особое внимание в книге уделено гибким конструкциям, чувствительным к воздействию ветра. Предложены алгоритмы критериев возникновения известных явлений аэроупругой неустойчивости — вихревого возбуждения, галопирования, срывного и изгибно-крутильного флаттера, дивергенции, параметрических резонансов. Наряду с этим в удобной для инженеров форме представлены условия обеспечения аэроупругой устойчивости гибких конструкций. Обсуждаются области рационального применения вычислительных (компьютерных) и физических методов аэродинамических экспериментальных исследований, в том числе натурных испытаний сооружений. Рассмотрены ожидаемые вызовы природы, которые недостаточно изучены и могут отразиться на надёжности зданий, сооружений и конструкций.

В учебном пособии рассмотрены основные требования, предъявляемые к выполнению расчетов строительных конструкций, особенности конечно-элементного моделирования и составления расчетных схем в программных комплексах.