Розробка організаційно-технологічних рішень, що підвищують ефективність монтажу металевих конструкцій покриття спортивних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 624.014:69.057

Спеціальність 05.23.08 - технологія та організація промислового та

цивільного будівництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРОБКА ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ РІШЕНЬ, ЩО ПІДВИЩУЮТЬ ЕФЕКТИВНІСТЬ МОНТАЖУ МЕТАЛЕВИХ

КОНСТРУКЦІЙ ПОКРИТТЯ СПОРТИВНИХ СПОРУД

Євель Сергій Михайлович

Харків 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гончаренко Дмитро Федорович, проректор з наукової роботи Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Білоконь Анатолій Іванович, професор кафедри технології будівельного виробництва Придніпровської державної академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України;

кандидат технічних наук, доцент Болотських Олег Миколайович, завідувач кафедри технології будівельного виробництва та будівельних матеріалів Харківської національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України

Захист дисертації відбудеться 12.05.2010 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.01 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул.Сумська,40.

Автореферат розіслано 06.04.2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 64.056.01,

к.т.н., доцент Т.М.Обіженко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

монтаж металевий конструкція

Актуальність теми досліджень. В останні роки в Україні після багаторічної перерви почала зростати кількість будівель, що зводяться із металоконструкцій. До них, насамперед, треба віднести великі торгові центри, закриті виставочні павільйони, цехи промислових підприємств, спортивні зали і стадіони.

Як показують дослідження, одним з найбільш динамічно розвинених видів просторових великопрогонових конструкцій, цікавих як з архітектурного, так і з конструктивного погляду, є стаціонарні покриття над трибунами стадіонів, що будуються відповідно до вимог міжнародних футбольних організацій. Існуючий міжнародний досвід проектування і будування подібних споруд і зокрема і в Росії, не дістав ще достатнього застосування в Україні. Крім того, більшість стадіонів в Україні мають менші розміри (спочатку 40-45 тис. глядачів, а після оснащення індивідуальними сидіннями - 28-31 тис. глядачів), що знижує ефективність просторової роботи використаних конструкцій.

Найпотужнішим імпульсом до розвитку даного напрямку стало рішення UEFA про проведення в Україні ЄВРО-12, завдяки чому реконструюються діючі і будуються стадіони нового покоління, що відповідають усім вимогам міжнародних футбольних організацій у Дніпропетровську, Донецьку, Харкові, Києві, Львові та Одесі.

У кожному конкретному випадку металеві конструкції покриттів стадіонів виконуються за особливими проектами, мають свою архітектурну і конструктивну особливість і неповторність.

У зв'язку з цим проектувальникам, замовникам і будівельникам необхідні такі рішення, які дають змогу скоротити тривалість монтажу, знизити вартість будівництва і трудомісткість монтажних робіт. Одним із шляхів є монтаж металевих конструкцій укрупненими елементами при обладнанні покриттів стадіонів.

Все це підтверджує актуальність обраної теми досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до наукового напрямки кафедри технології будівельного виробництва Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

Автор роботи - співвиконавець теми «Наукове обґрунтування і розробка технології і організації монтажу металевих конструкцій покриттів стадіонів», яка виконується на кафедрі технології будівельного виробництва. Номер державної реєстрації 0109U007953.

Метою дисертаційної роботи є розробка організаційно-технологічних рішень, що підвищують ефективність монтажу металевих конструкцій покриттів спортивних споруд.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі завдання:

- виконати аналіз конструктивних особливостей покриттів спортивних споруд і організаційно-технологічних рішень їх монтажу;

- дослідити технологічні параметри монтажу металевих конструкцій покриттів стадіону, вибраного як основний об'єкт дослідження, і основні техніко-економічні показники монтажного процесу;

- дослідити можливість застосування діючих методик встановлення техніко-економічних показників монтажу металевих конструкцій для визначення ТЕП монтажу конструкцій покриттів стадіонів;

- розробити методику розрахунку та оптимізації параметрів монтажу металевих конструкцій покриттів стадіону укрупненими елементами і блоками;

- розробити організаційно-технологічні рішення монтажу металевих конструкцій покриттів, які дають змогу підвищити ефективність будівельно-монтажних робіт.

Об'єкт дослідження - технологічний процес монтажу металевих конструкцій покриттів спортивних споруд.

Предмет дослідження - організаційні і технологічні параметри монтажу металевих конструкцій покриттів спортивних споруд.

Методи досліджень - бібліографічний пошук, системно-структурний, імовірно-статистичний та кореляційний аналіз, виробничі спостереження і хронометраж технологічних процесів, метод найменших квадратів, елементи теорії систем масового обслуговування, імітаційне моделювання.

Наукову новизну становлять здобуті автором і винесені на захист наукові результати:

аналіз вітчизняного й зарубіжного досвіду застосування металевих конструкцій для покриття трибун стадіонів підтвердив їх високу ефективність. При зведенні покриттів, як правило, монтаж металевих конструкцій виконується укрупненими елементами або блоками;

порівняння техніко-економічних показників монтажу металевих конструкцій, отриманих за допомогою діючих методик для промислових будівель, і аналогічних показників, встановлених шляхом хронометричних спостережень монтажу конструкцій покриття стадіону показало, що вони мають значні розбіжності. Тому для таких унікальних об'єктів, як сучасні спортивні будівлі і споруди, необхідна розробка нових методик, використання яких дозволить ефективно проводити аналіз і вибір того або іншого конструктивного рішення покриття;

у процесі виконаних досліджень збудовано графоаналітичні залежності для визначення ТЕП монтажу ферм покриття стадіону. Визначено часткові показники технологічності конструкцій, які можуть бути використані при виборі конструктивних рішень покриття аналогічних об'єктів і організаційно-технологічних рішень їх монтажу;

науково обґрунтовано і розроблено методику розрахунку і оптимізації технологічних параметрів монтажу металевих конструкцій покриття трибун стадіону укрупненими елементами і блоками;

розроблено організаційно технологічні рішення монтажу металевих конструкцій покриття стадіону, які дали змогу виконувати роботи в умовах експлуатації спортивної споруди, що дало високий економічний ефект.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в результаті досліджень техніко-економічні показники технологічного процесу монтажу металевих конструкцій покриття можуть бути використані при розробці проектно-технологічної документації аналогічних об'єктів. Розроблено організаційні і технологічні рішення, які ввійшли до системи інженерної підготовки монтажу покриття укрупненими елементами і блоками.

Особистий внесок автора. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно і відображені в двох публікаціях [4, 8]. В інших опублікованих у співавторстві працях внесок автора полягає у постановці мети і формулюванні наукової проблеми, завдань дослідження, побудові графічних і розрахункових залежностей, в оцінці ефективності, а також у впровадженні результатів досліджень у виробництво.

Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідалися на 63-й, 64-й та 65-й науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури у 2008-2010 рр., на міжнародній науково-технічній конференції «Інноваційні технології житлового циклу об'єктів житлово-громадського, промислового і транспортного призначення», ПДАБА, Крим, вересень 2008 р., на ІІІ міжнародному науковому семінарі «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур», ХДТУБА, Харків, жовтень 2008 р., на Міжнародному колоквіумі «Розрахунок і проектування просторових конструкцій», Україна, Скадовськ, 7-8 вересня 2009 р., на ІV міжнародній науковій конференції «Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд», ХДТУБА, Харків, жовтень 2009 р.

Публікації. Отримані результати досліджень відображено в 11 публікаціях у спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку літератури з 128 найменувань і додатків. Дисертація містить 23 таблиці, 68 рисунків. Загальний обсяг дисертації 179 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і завдання дослідження, наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі наведено аналіз інформації про застосування металевих конструкцій у процесі будівництва та реконструкції будівель і споруд. Підкреслено зростання об'ємів металевих конструкцій в останні роки при обладнанні покриттів будівель і споруд. Висока ефективність, широка сфера застосування і значні обсяги практичного використання металевих конструкцій як для покриття промислових, так і спортивних будівель і споруд стали результатами досліджень В.Г. Колесниченка, В.Й. Швиденка,

Г.С. Нижніковського, П.Т. Резниченка, Я.М. Ліхтарникова,

А.В. Шимановського, М.М. Махновського, Є.В. Горохова, В.Ф. Мущанова, В.А. Пермякова, В.М. Гордєєва, В.В. Фурсова, В.І. Торкатюка, С.В. Бутнік, П.П. Федоренка та інших.

Важливим висновком, отриманим у результаті проведених досліджень, є те, що монтаж металоконструкцій покриттів як промислових, так і спортивних об'єктів ведеться укрупненими елементами і блоками, які являють собою складну систему з великою кількістю взаємопов'язаних і взаємодіючих елементів.

Збільшення кількості спортивних будівель і споруд, що будуються і реконструюються, потребує від учених, проектантів і будівельників розробки технологічних і організаційних рішень, які дозволяють підвищити техніко-економічні показники устаткування покриттів стадіонів та інших спортивних споруд.

Другий розділ містить аналіз конструктивних рішень покриттів спортивних споруд, а також організаційно-технологічних рішень їх монтажу. Розглянуто вимоги до будівництва стадіонів і обладнання покриттів над трибунами. Наведено критерії проекту стадіону, його основні розміри, вимоги UEFA і FIFA до будівництва стадіонів, перелік п'ятизіркових стадіонів Європи.Найбільша кількість подібних стадіонів зосереджена в Німеччині - 7. З точки зору конструктивного рішення 36% представлені балочними і рамними покриттями, 14% - вантобалочні покриття, 18% - підвішені оболонки і структури, 25% - стрижневі оболонки покриттів, 7% - висячі покриття (вантові сітки і мембранні оболонки).

Розглянуто найхарактерніші конструктивні рішення і несучі опорні конструкції покриття деяких відомих стадіонів у різних містах країн світу. Найчастіше трапляються конструктивні рішення, виконані в рамно-балочній схемі. Сюди необхідно віднести спортивні об'єкти, побудовані в Москві до Олімпіади-80 і в пізніший період, стадіони у Німеччині, Великій Британії, Україні.

Аналіз вітчизняної і зарубіжної практики спорудження відкритих і закритих спортивних арен показав, що зведення покриттів над трибунами здійснюється шляхом збільшеного складання конструкцій на стендах з наступним монтажем їх укрупненими елементами і блоками. Підтвердженням цьому є досвід будівництва стадіонів у Донецьку і Дніпропетровську.

Аналіз техніко-економічних показників монтажу конструкцій на більшості досліджуваних об'єктів показав, що виробка під час монтажу металоконструкцій покриттів стадіонів і спортивних арен коливається від 300 до 500 кг на одного робітника за зміну.

Третій розділ присвячено дослідженню технологічних параметрів і техніко-економічних показників монтажу металоконструкцій покриття трибун стадіону «Металіст» у місті Харкові, вибраного як основний об'єкт досліджень дисертаційної роботи.

Розглянуто чинники, що визначають ефективність монтажних робіт із обладнання покриттів спортивних споруд. Специфіка цих робіт полягає в тому, що в більшості випадків монтаж металоконструкцій ведеться укрупненими елементами або блоками. При цьому необхідно брати до уваги той факт, що технологічні і організаційні параметри збірно-монтажного процесу не можна розраховувати у відриві від процесів постачання конструкцій і загальнобудівельних робіт. Вибір типів укрупнених елементів або блоків покриттів стадіонів зумовлено статичними, динамічними, технічними характеристиками споруди, кліматичними і погодними умовами району будівництва, конструктивними і технологічними параметрами металевих конструкцій.

Проведені дослідження показали, що основними чинниками дестабілізації поточного зведення покриттів стадіонів є постачання некомплектних металоконструкцій, збої у постачаннях і низькі темпи надання будівельної готовності до монтажу конструкцій і блоків.

Наведене на рис. 1 конструктивне рішення покриття трибун стадіону «Металіст» і черговість монтажу металевих конструкцій, зібраних в укрупнені елементи (рис. 1, поз. 1-11) і блоки (рис. 1, поз. 12), дозволяють дійти висновку, що це покриття треба віднести до рамно-балочної схеми.

Конструкція покриття вагою 3400 т складається з 7520 елементів, які в процесі монтажу були зібрані на 14 стендах в 440 укрупнені елементи і блоки. При цьому монтаж укрупнених елементів і блоків здійснюється як одним, так і двома кранами.

У процесі експериментальних досліджень здійснювався хронометраж трудовитрат і витрат часу на виготовлення, укрупнене складання і монтаж металевих конструкцій.

У подальшому було виконано порівняння техніко-економічних показників, здобутих у результаті хронометражних спостережень, з даними, отриманими розрахунковим шляхом за методикою, розробленою М.Я. Ліхтарниковим. Це порівняння здійснювалось за формулами (1), (2).

Трудомісткість укрупнення конструкцій за цією методикою залежить від кількості відправних марок у монтажному елементі та їх маси. При цьому можна прийняти лінійну залежність трудомісткості укрупнення від названих показників

T_укр = (a_укр + b_укрG_О.М.)m, (1)

де a_укр, b_укр - коефіцієнти, що залежать від типу конструкцій;

G_О.М., m - середня марка і кількість відправних марок, що укрупнюються.

Оскільки G_О.М.m=G_О.К., то

Т_укр. = a_укр.m + b_укр.G_О.К.. (2)

Трудомісткість обладнання конструкції також може бути виражена

Т_уст = a_уст + b_устG_О.К. + Т_ел.ж., (3)

де a_уст, b_уст - коефіцієнти, що залежать від типу конструкції;

Т_ел.ж. - осереднена трудомісткість обладнання елементів жорсткості, яка приймається як така, що дорівнює 6 люд.-год. на ферму; для інших конструкцій Т_ел.ж. = 0.

Значення коефіцієнтів a_укр, b_укр, a_уст, b_уст узято з таблиць, наведених у працях М.Я. Ліхтарникова.

Наведені в табл. 1 дані розрахункової і фактичної трудомісткості укрупнення конструкцій покриття стадіону показують, що фактична трудомісткість укрупненого складання конструкцій за деякими позиціями на кілька порядків перевищує показники трудомісткості, отримані розрахунковим шляхом.

Фактична трудомісткість монтажу не має такого перевищення над трудомісткістю, отриманою розрахунковим шляхом (табл. 2), і в окремих випадках це перевищення становить близько 60-90%.

У роботі виконано порівняння фактичної трудомісткості виготовлення і монтажу окремих елементів з трудомісткістю, отриманою з графоаналітичних залежностей, наведених у працях М.Я. Ліхтарникова і М.М. Сахновського (табл. 3, 4).

Таблиця 1.- Розрахункові і фактичні показники трудомісткості укрупнення складання конструкцій покриття Східної трибуни

№ з/п	Назва конструкції	Розрахунок трудомісткості укрупненого складання	Трозр, люд.-год./т	Тфакт, люд.-год./т	Д
1	«V-подібні» колони в осях «6» і «7»	2,9•10+0,9•39	64,1	300,3	+236,2
2	Зовнішня підкроквяна ферма	3,7•9+1,0•27	60,3	229,5	+169,2
3	Віднесена одиночна колона	2•9•3+0,9•16	32,1	26,0	+2,9
4	Головна кроквяна ферма	3,7•3+1,0•13,5	24,6	145,8	+121,2
5	Внутрішня підкроквяна ферма	3,7•32+1,0•42	160,4	378,0	+217,6
6	Другорядна кроквяна ферма	3,7•3+1,0•2,0	13,1	17,0	+3,9

Таблиця 2. - Розрахункові і фактичні показники трудомісткості монтажу конструкцій покриття Східної трибуни

№ з/п	Назва конструкції	Розрахунок трудомісткості монтажу	Трозр, люд.-год./т	Тфакт, люд.-год./т	Д
1	«V-подібні» колони в осях «6» і «7»	4,35+1,06•39,0	45,59	42	-3,59
2	Зовнішня підкроквяна ферма	3,9+0,53•29	19,27	42	+22,73
3	Віднесена одиночна колона	4,35+1,06•6,5	11,24	20	+8,76
4	Головна кроквяна ферма	3,9+0,53•13,5	29,72	40	+10,28
	Похилий підкіс	3,9+0,53•9,0
5	Внутрішня підкроквяна ферма	3,9+0,53•42,0	26,16	24	+2,16
6	Другорядна кроквяна ферма	3,9+0,53•2,0	4,96	15	+10,04
7	Консолі кроквяних ферм	3,9+0,53•1,0	4,43	25	+20,57

Таблиця 3. - Графоаналітичні і фактичні показники трудомісткості виготовлення конструкцій покриття

№ з/п	Назва конструкції	Вага конструкції, т	Тграф, люд.-год./т	Тфакт, люд-год./т	Д
1	Суцільна віднесена колона	6,5	16	16	-
2	«V-подібна» опора	29	15	26	+11
3	Зовнішня підкроквяна ферма	27	дані відсутні	26	-
4	Основна кроквяна ферма	-	-//-	38	-
5	Другорядна кроквяна ферма	-	16	31	+15

Таблиця 4. - Графоаналітичні і фактичні показники трудомісткості монтажу металоконструкцій покриття

№ з/п	Назва конструкції	Вага конструкції, т	Тграф, люд.-год./т	Тфакт, люд-год./т	Д
1	Суцільна віднесена колона	6,5	6	20	+14
2	«V-подібна» опора	39	дані відсутні	42	-
5	Другорядна кроквяна ферма	2	15	15	-

Тут, як і в більшості випадків, спостерігається перевищення фактичних показників трудомісткості над показниками, отриманими з графіків.

З урахуванням того, що серед елементів покриття стадіону великий об'єм займають кроквяні і підкроквяні ферми, в роботі були отримані графоаналітичні залежності між масою елементів і питомої трудомісткості виготовлення, укрупненого складання і монтажем (рис. 2). Здобуті результати можуть бути використані в процесі проектування і будівництва аналогічних об'єктів в інших містах України.

Шляхом обробки характеристик конструкцій покриття і техніко-економічних показників монтажу отримано часткові показники технологічності, які можуть становити інтерес для спеціалістів, що працюють у даній галузі досліджень (табл. 5).

Так показник витрат металу на квадратний метр площі покриття на стадіоні «Металіст» становив 127 кг. Для порівняння цей показник на знов побудованому стадіоні «Металург» у Дніпропетровську становить 59 кг, на «Донбас Арені» у Донецьку - 136 кг/м².

Таблиця 5. - Коефіцієнти технологічності конструкцій

№ з/п	Найменування коефіцієнту	Розрахункова формула	Значення коефіцієнта
1	2	3	4
1	Коефіцієнт різної ваги	, де Мср, Мmax - середня і максимальна маса монтованих елементів
2	Коефіцієнт розподілу маси конструкцій	, де Мсум, - сумарна маса монтованих елементів; No - число відправних марок
3	Коефіцієнт розчленованості	, де Nм.б - кількість монтажних блоків; - кількість відправних марок	(у блоках) (всього)
4	Коефіцієнт блочності	, де mб - маса конструкцій, зібраних у блоки; mk - загальна маса монтованих конструкцій
5	Коефіцієнт ступеня заводської готовності	, де Иim - трудомісткість виготовлення на заводі; Иiu, Иim, Иio - загальна трудомісткість
6	Коефіцієнт витрат металу	, де Gср - маса металу; Е - загальна площа покриття	т/м2
7	Коефіцієнт ефективності застосовуваних засобів механізації	, де Им.т - трудовитрати на механізовані роботи, що виконуються в процесі монтажу; Им.с - загальні трудові затрати

У четвертому розділі побудовано математичну модель і запропоновано метод розв'язання задачі оптимізації процесу монтажу конструкцій покриття стадіону. Розглянуто принципи побудови і функціонування спеціалізованої діалогової системи «Пошук оптимального плану монтажу конструкцій покриттів», призначеної для розв'язання задач моделювання і оптимізації процесу монтажу конструкцій покриття стадіону. Викладено технологію програмної реалізації розробленої моделі і методу оптимізації.

Розглянемо задачу оптимізації послідовності монтажу конструкцій. Підрядна організація має такі ресурси робочої сили , де визначає робочу спеціальність. Для виконання робіт може бути залучено Y типів спеціалізованої техніки у кількості не більше ніж .

Нехай маємо дискретну множину опор: , кожна з яких складається з дискретної множини конструкцій , . Таким чином, загальна кількість конструкцій становить . Для кожного елемента конструкції визначені такі значення: час монтажу , кількість людських ресурсів ,, ресурсів будівельної техніки , , необхідних для проведення монтажних робіт. У початковому стані жодна з конструкцій , , не встановлена. Нехай монтаж кожної конструкції починається у певний момент часу , і продовжується протягом періоду часу , ,.

Нехай X - матриця, що визначає порядок встановлення конструкції протягом всіх періодів часу :

.

Кожний елемент матриці визначає наявність або відсутність факту початку встановлення конструкції в момент часу .

Нехай - чисельність всіх варіантів послідовності встановлення конструкцій; дана множина є кінцевою, її потужність визначається за формулою

D=L!.

Факторіал у формулі приводить до швидкого збільшення D, отже, для розв'язання реальних задач моделювання процесу встановлення конструкцій у різному порядку дуже швидко стає недостатньо обчислювальних потужностей не тільки сучасних, але і перспективних ЕОМ.

Процес встановлення конструкції може початися тільки тоді, коли вільні всі необхідні для цього ресурси. Даний факт визначає залежність моменту початку встановлення t_l від послідовності встановлення ,.

Завершується процес монтажу покриття стадіону в момент часу , коли монтаж усіх конструкцій , , закінчено

.

Підрядчик має виконувати монтаж конструкцій згідно з технологічними обмеженнями в такій послідовності, щоб сумарно витрачений час був мінімальним. Таким чином, математична модель задачі оптимізації послідовності монтажу конструкцій покриття стадіону має такий вигляд

Знайти (4)

, ; (5)

, ; (6)

(7)

,(8)

(9)

,(10)

,(11)

,(12)

,(13)

,(14)

,(15)

,(16)

,(17)

,(18)

,(19)

,(20)

,(21)

,(22)

,(23)

,(24)

,(25)

,(26)

,(27)

,(28)

де (5) - обмеження по витратах ресурсів робочої сили; (6) - обмеження по витратах ресурсів будівельної техніки; (7) - обмеження за часом проведення робіт згідно з вимогами UEFA; (8-28) - обмеження, що ставляться до послідовності виконання робіт.

Так монтаж «V-побідної» колони по осях «19» можливий після монтажу «V-подібної» колони по осях «18». Монтаж зовнішньої надкроквяної ферми в осях «18-19» можливий після монтажу «V-подібних» колон в осях «18-19». Монтаж одиночної колони по осях «19» можливий після монтажу надкроквяної ферми в осях «18-19». Монтаж розпору 4 в осях «18» можливий після монтажу одиночної колони по осях «18». Монтаж горизонтального розпору 4 можливий після монтажу розпору 3 по осях «18» тощо.

Розглянемо особливості математичної моделі (4-28) задачі визначення оптимальної послідовності монтажу конструкцій стадіону:

1. Задача (4-28) є багатомірною оптимізаційною задачею;

2. Чисельність S варіантів послідовностей встановлення конструкцій покриття стадіону задачі (4-7) містить точки, які в загальному випадку являються точки заборони;

3. Область допустимих рішень W задачі (4-28) є дискретною і визначається системою з 17·N·L+ 3 лінійних і нелінійних нерівностей.

Таким чином, на підставі особливостей 1-3 можна дійти таких висновків:

1. Задача (4-28) є NP - складною задачею.

2. Дискретний характер області допустимих рішень визначає необхідність застосування методів дискретної оптимізації для визначення глобального екстремуму задачі.

3. Оскільки кількість локальних екстремумів для задач практичної розмірності достатньо велика, то може бути знайдено лише наближення до глобального екстремуму.

Задача (4-28) через її специфіку має дискретний характер і може бути розв'язана за допомогою методів дискретної оптимізації. Розв'язання задач такого типу включає:

1) побудову дерева рішень;

2) визначення правил відсікання.

Розглянемо дерево рішень задач оптимізації плану виконання монтажних робіт, у якому дуги визначають конструкції покриття стадіону. У процесі побудови дерева рішень перебираються всі варіанти послідовності виконання монтажних робіт шляхом змін первісного стану, коли жодна з конструкцій не встановлена і формується множина S варіантів послідовностей . Для цього розглядаються варіанти монтажу чергової конструкції вже сформованої структури.

Вершини нижнього рівня дерева є можливими варіантами покриття і складають множину S. Застосування правил відсікання на підставі обмежень (8-28) у процесі формування дерева дає змогу суттєво скоротити розмірність множини допустимих рішень і скорочує час пошуку оптимального рішення.

На підставі розробленої математичної моделі і модифікації методу гілок і відсікань було створено комп'ютерну програму «Пошук оптимального плану монтажу конструкцій покриттів» і виконано оптимізацію плану монтажу конструкцій.

У процесі реконструкції стадіону розроблено організаційно-технологічні рішення, спрямовані на скорочення термінів будівництва, зниження трудомісткості і вартості робіт. Демонтажні і будівельно-монтажні роботи на стадіоні виконувалися паралельно з функціонуванням головної арени міста Харкова, що є свідоцтвом взаєморозуміння між замовником, проектантами і будівельниками.

Досвід зведення покриттів над трибунами стадіонів за конструктивним рішенням, схожим на об'єкт, що розглядається, показав, що для тимчасового кріплення кроквяних ферм (рис. 1, поз. 8) застосовувались підтримуючі опори. При цьому вони мають демонтуватися після створення повного опорного контуру покриття. Монтаж із застосуванням регульованих підтримуючих опор було відхилено у зв'язку з тим, що монтаж покриття на стадіоні виконувався без скасування графіка проведення футбольних матчів, а також через великі витрати за часом і матеріаломісткості. Як альтернативний був запропонований варіант монтажу кроквяних ферм із застосуванням другого крана, який і був прийнятий до впровадження.

Монтаж конструкцій покриття трибун стадіону «Металіст» укрупненими елементами і блоками дав змогу знизити трудомісткість, скоротити тривалість і вартість монтажних робіт.

Економічний ефект від впровадження розроблених організаційно-технологічних рішень склав понад 1 млн. грн.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі науково обґрунтовано і розроблено організаційні і технологічні рішення, які підвищують ефективність монтажу металевих конструкцій покриттів спортивних споруд.

1. Проведені дослідження показали, що одним з найбільш динамічно розвинених видів просторових великопрогонових конструкцій є стаціонарні покриття над трибунами стадіонів, що зводяться відповідно до вимог міжнародних футбольних організацій. Найпотужнішим імпульсом до розвитку даного напрямку стало рішення про проведення в Україні фінальної частини ЄВРО-12.

2. Виконаний аналіз покриттів стадіонів і спортивних споруд показав, що вони з точки зору конструктивного рішення представлені балочними і рамними, вантобалочними, підвішеними оболонками і структурами, стрижневими оболонками, висячими покриттями.

3. Аналіз організаційних і технологічних рішень зведення покриттів відкритих і закритих спортивних арен як в Україні, так і за кордоном засвідчив, що монтаж металевих конструкцій здійснюється шляхом їх попереднього укрупненого збирання з наступним монтажем укрупненими елементами і блоками. При цьому виробка на одного монтажника при монтажі металевих конструкцій коливається в межах 300-500 кг на одного робітника за зміну.

4. На прикладі обраного як основний об'єкт досліджень стадіоні «Металіст» розглянуто конструктивні рішення покриття трибун і досліджено технологічну послідовність монтажу металевих конструкцій покриття. У процесі досліджень визначено фактичні параметри монтажного процесу обладнання покриття, такі як трудомісткість і тривалість. Здобуті результати порівнювались з показниками, що визначалися за допомогою методик, наведених у низці наукових досліджень.

Проведене порівняння дало змогу дійти висновку, що існуючі методики не можуть бути використані для вибору варіантів обладнання покриття стадіонів та інших спортивних споруд.

Водночас здобуті в результаті досліджень техніко-економічні показники монтажу металевих конструкцій покриття стадіонів можуть бути використані в процесі інженерної підготовки подібних об'єктів у Полтаві, Сімферополі, Запоріжжі, Кривому Розі.

5. Досліджено часткові показники технологічності монтажу покриття стадіону. Відсутність у наукових публікаціях показників технологічності по аналогічних об'єктах не дає можливості виконати їх порівняння. Такий показник, як витрата металу на 1 м² площі покриття показав, що на «Донбас-Арені» у Донецьку він становить порядку 134 кг на 1м², на стадіоні «Металіст» - 127 кг на 1м², на стадіоні «Металург» у Дніпропетровську - близько 59 кг на 1 м².

Отримані часткові показники технологічності на досліджуваному об'єкті можуть стати предметом вивчення при розробці нормативної документації і інженерної підготовки на подібних об'єктах.

6. Уперше розроблено оптимізаційну математичну модель монтажу покриття стадіону, що має дискретну множину варіантів виконання робіт та враховує умови проведення будівельно-монтажних робіт.

7. Набув подальшого розвитку метод гілок та відсікань для оптимізації порядку виконання монтажних робіт із зведення покриття стадіону, що дозволяє скоротити час на визначення оптимального варіанту послідовності виконання робіт, завдяки розробленим правилам відсікань.

8. Розроблені організаційно-технологічні рішення монтажу конструкцій покриття стадіону дозволили вести роботи в умовах діючого стадіону. Монтаж несучих кроквяних ферм двома кранами без встановлення тимчасових підтримуючих опор значно скоротив трудомісткість і тривалість монтажу покриття. Розроблені і впроваджені рішення дозволили отримати економічний ефект понад 1 млн. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. Организационно-технологические решения по реконструкции восточной трибуны стадиона «Металлист» в г.Харькове // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - Вип. 47. - С. 37-42.

2. Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. Організаційно-технологічні рішення зведення головного корпусу збагачувальної фабрики // Сборник науч. трудов ПГАСА. Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск, 2008. - Вип. 47. - С. 253-358.

3. Бондаренко Ю.В., Евель С.М. Восстановление жилого дома в г.Изюме разрушенного в результате взрыва бытового газа // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - Вип. 49. - С. 16-24.

4. Евель С.М. Монтаж покриття східної трибуни стадіону «Металіст» у м.Харкові // Будівництво України, 2008. - Вип. 10. - С. 16-20.

5. Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. Определение показателей технологичности металлических конструкцій // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2009. - Вип. 51. - С. 173-179.

6. Гончаренко Д.Ф., Евель С.М. Организационно-технологические решения монтажа подстропильных ферм стадиона // Новітні технології в будівництві. НИИСП. №1-2(17-18), 2009. - С. 114-117.

7. Фурсов В.В., Кашмай Н.Д., Васильев С.М., Евель С.М. Реконструкция западной трибуны стадиона «Металлист» в г. Харькове // Зб. наук. праць українського НДІ сталевих конструкцій ім. Шимановського. - 2009. - № 4. - С. 47-54.

8. Евель С.М. Технология и организация строительно-монтажных робот при реконструкции стадиона «Металлист» // Промислове будівництво та інженерні споруди, 2009. -№4. - С. 2-6.

9. Гончаренко Д.Ф., Овечко К.А., Евель С.М. Применение систем массового обслуживания для моделирования процесса монтажа конструкций покрытия стадиона // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2009. - Вип. 54. - С. 30-36.

10. Самородов А.В., Лучковский И.Я., Табачников С.В., Евель С.М., Герасимович Е.Н. Способность свай на сочетание горизонтальных и вертикальных нагрузок // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2009. - Вип. 54. - С. 289-297.

11. Гончаренко Д.Ф., Овечко К.А., Евель С.М. Оптимизация последовательности монтажа конструкций покрытия стадиона «Металлист» // Наук. вісн. будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2009. - Вип. 56. - С. 25-31.

АНОТАЦІЯ

Євель С.М. «Розробка організаційно-технологічних рішень, що підвищують ефективність монтажу металевих конструкцій покриття спортивних споруд». - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 2010.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню задач монтажу металевих конструкцій покриття спортивних споруд, що будуються та реконструюються.

Виконано аналіз конструктивних рішень покриттів спортивних споруд. Проаналізовано організаційно-технологічні рішення монтажу покриттів спортивних споруд як тих, що реконструюються, так і тих, що будуються. Розглянуто техніко-економічні показники монтажу покриттів.

Наведено чинники, які дестабілізують процес зведення покриттів.

Розглянуто конструктивне рішення та послідовність монтажу конструкцій покриття стадіону, який обраний як основний об'єкт дослідження. Виконано порівняння техніко-економічних показників виготовлення, укрупнення та монтажу конструкцій, здобутих у результаті хронометражних замірів, з показниками, отриманими шляхом розрахунку за існуючими на цей час методиками. За результатами порівняння зроблено висновок, що фактична трудомісткість укрупнення по деяких позиціях на декілька порядків перевищує трудомісткість отриманої шляхом розрахунку. Для кроквяних та підкроквяних ферм отримані графоаналітичні залежності між масою та питомою трудомісткістю виготовлення, укрупнення та монтажу елементів.

Визначено показники технологічності монтажу металевих конструкцій.

Розроблено методику визначення оптимальної черговості монтажу конструкцій покриття. Набув подальшого розвитку метод гілок та відсікань для оптимізації порядку виконання монтажних робіт із зведення покриття стадіону, що дозволяє скоротити час на визначення оптимального варіанту послідовності виконання робіт завдяки розробленим правилам відсікань.

Розроблені організаційно-технологічні рішення монтажу конструкцій покриття трибун дозволили вести роботи в умовах діючого стадіону.

Отримані рішення можуть бути використані під час реконструкції стадіонів в інших містах країни.

Ключові слова: стадіон, металеві конструкції, покриття, укрупнення, послідовність монтажу, техніко-економічні показники.

АННТОТАЦИЯ

Евель С.М. Разработка организационно-технологических решений, повышающих эффективность монтажа металлических конструкций покрытий спортивных сооружений. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 - технология и организация промышленного и гражданского строительства. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению задач устройства покрытий спортивных сооружений, которые строятся или реконструируются.

В работе показано, что для устройства покрытий трибун стадионов и других спортивных сооружений используются металлические конструкции, монтаж которых выполняется укрупненными элементами и блоками.

Выполнен анализ конструктивных решений покрытий спортивных сооружений, который показал, что более чем 30 % европейских стадионов выполнены в рамно-балочной схеме. Рассмотрены организационно-технологические решения монтажа конструкций покрытий стадионов и других спортивных сооружений и технико-экономические показатели монтажных процессов.

Приведены факторы, дестабилизирующие поточное возведение покрытий стадионов.

Рассмотрены конструктивное решение и последовательность монтажа конструкций покрытия стадиона, принятого в качестве основного объекта исследований. Выполнено сравнение технико-экономических показателей изготовления, укрупнения и монтажа конструкций покрытия, полученных в результате хронометража с показателями, полученными путем расчетов по существующим методикам. Установлено, что фактическая трудоемкость укрупнения по некоторым позициям значительно превышает трудоемкость, полученную путем расчета. Для стропильных и подстропильных ферм получены графоаналитические зависимости между массой конструкции и удельной трудоемкостью их изготовления, укрупнения и монтажа.

Определены частные показатели технологичности металлических конструкций покрытия на исследуемом объекте, такие как коэффициенты разновесности, распределения массы конструкций, расчлененности, блочности, степени заводской готовности конструкций, расхода металла на 1 м² покрытия, эффективности использования средств механизации. Полученные показатели могут быть использованы при проектировании, строительстве и реконструкции аналогичных объектов.

Разработана методика по определению оптимальной очередности монтажа конструкций покрытия, в основе которой лежит оптимизационная математическая модель монтажа, имеющая дискретное множество вариантов выполнения работ и учитывающая условия их проведения.

Получил дальнейшее развитие метод ветвей и отсечений для оптимизации порядка выполнения монтажных работ по устройству покрытия стадиона, что позволило сократить время на определение оптимального варианта последовательности выполнения работ с использованием разработанного правила отсечений.

Разработаны организационно-технологические решения монтажа металлических конструкций покрытия трибун, позволяющие вести работы в условиях действующего стадиона.

Ключевые слова: стадион, металлические конструкции, покрытие, укрупнение, последовательность монтажа, технико-экономические показатели.

ANNOTATION

Evel S.M. Developing the organizational and technological decisions of increasing efficiency of metal roofing structures assembly of the sports buildings. Typescript. Thesis for a degree of Candidate of technical sciences by speciality 05.23.08 - Technology and Organization of Industrial and Civil Engineering. - Kharkiv State Technical University of Civil Engineering and Architecture. Kharkiv, 2010.

The thesis is devoted to solving the problems of the metal roofing structures assembly in sports buildings being built or reconstructed. The analysis of the constructive decisions of the sports buildings roofing has been made. The organizational and technological decisions of roofing structures assembly on stadiums and other sports buildings and technical and economic activities of the assembly have been under consideration.

The factors destabilizing in-line construction of the stadium roofing have been studied.

There is a consideration of a constructive decision and roofing assembly sequence on the stadium chosen as a main object of investigation. The comparison of technical and economic indices of manufacture, consolidation and roofing structures assembly obtained as a result of time-study with the indices obtained by the available technologies has been made. It was found that labour-intensiveness of some aspects of actual consolidation is much greater than that determined on the basis of calculations. For trusses and secondary beams graphic-analytical relations between the mass of the structure and specific labour-intensiveness of its manufacture, consolidation and assembly have been obtained.

The particular manufacturability indices of the metal roofing structures on the investigated object have been determined.

The methods of finding the optimal assembly sequence for the roofing structures has been developed on the base of optimization mathematical model of assembly that has a discrete quantity of variants of carrying out the work and takes into account its conditions.

The organizational and technological decisions of metal roofing structures assembly on the stands have been developed and they give a possibility to carry out the work under conditions of an operating stadium.

Key words: stadium, metal structures, roofing, consolidation, assembly sequence, technical and economic indices.

Размещено на Allbest.ru

...