Что нужно учитывать конструктором при проектировании металлических аппаратов и конструкций
Расчет и проектирование металлических конструкций — некоторые требования
С чего должен начинать свою работу инженерный состав, получивший от заказчика техническое задание на расчет и проектирование металлических конструкций? Правильно, с получения ответов на ряд вопросов, которые грамотные проектировщики задают в первую очередь:
Как правило, эти вопросы возникают на стадии проработки полученного ТЗ. Кроме этого, проектировщики должны уточнить какие требования будут предъявляться к расчетам.
Конструкторы, выполняя расчет и проектирование металлических конструкций, должны выполнять руководящие требования ЕСКД, СП 53-102-2004 и ряда других документов. Например, при изготовления некоторых типовых конструкций, например, осветительных мачт, применяют альбомы готовых конструкций. Где уже показаны все детали, сборочные узлы, определен порядок сборки мачты по частям и в целом.
Основные требования, которые должны соблюдать проектировщики, выполняя расчет и проектирование металлических конструкций
При проектировании металлоконструкции необходимо стремиться к экономии основных и вспомогательных материалов, подбирать оптимальные инженерные решения, которые отвечают требованиям времени и экономики производства. Проектировщик должен стремиться к использованию унифицированных решений, которые позволят ускорить производство и, соответственно, приведут к снижению затрат на него. При разработке проекта инженеры должны учитывать технологические возможности предприятия, в том случае если отсутствует необходимое оборудование или технологическая оснастка, об этом необходимо немедленно доложить руководству компании.
Автоматизация производства – прямой путь к снижению брака
Конструкторы совместно с технологами должны минимизировать участие человека в выполнении технологических операций, то есть если существует возможность, то передавать изготовление отдельных деталей на оборудовании работающим под управлением компьютера. Такой подход позволит минимизировать количество некондиционной продукции и, кстати, повысить производительно труда.
К вопросу об отходах?
При разработке проекта металлоконструкции разработчики должны подобрать такой материал, который должен отвечать результатам силовых (прочностных) расчетов, а также он должен быть обработан с минимальной долей отходов. На некоторых производствах, применяющих в технологических процессах установки автоматического раскроя листового металла, отход может составлять 0,5 – 5% от массы переработанного металла.
Такой низкий процент отходов целиком зависит от инженера, разрабатывающего технологический процесс получения заготовок. В этом месте можно отметить и то, что снижение отходов может напрямую зависеть от методов проектирования, и чем больше используют CAD-программы, тем большей экономии материалов можно добиться.
Еще на стадии проектирования технологи и специалисты из группы технического контроля должны разработать контрольные карты. Они позволят систематизировать все необходимые контрольные операции и охватить ими максимальное большое количество операций, выполняемых при производстве изделий.
Кстати, предприятия, которые экономят на содержании в своем штате квалифицированных инженерных кадров, вряд ли смогут подняться с уровня кустарной (гаражной) мастерской. Они попросту будут не готовы к выполнению серьезных заказов.
Проектирование металлоконструкций: особенности процесса
Для осуществления высококачественного проектирования требуется привлечь профессионалов, имеющих большой опыт работы в строительной сфере. Квалифицированные специалисты СК Синмар разработают экономически выгодный проект металлических конструкций, который позволит качественно возвести сооружение в максимально короткие сроки. При проектировании быстровозводимых зданий наши сотрудники учитывают все требования и пожелания инвестора.
Особенности проектирования металлоконструкций
Особенности проектирования металлоконструкций состоят в том, что при выполнении работ специалисты должны полностью придерживаться установленных государственных стандартов и законодательных норм. Для длительного эксплуатационного срока быстровозводимого здания специалистам СК Синмар необходимо грамотно подобрать все материалы и выполнить ответственную сборку элементов. Это становится возможным после качественной подготовки проектирования объекта и подробной проработки всех его этапов.
Каждый составленный проект быстровозводимого сооружения должен соответствовать таким требованиям:
быстрая сборка металлоконструкций;
высокая эстетичность объекта;
удобная транспортировка металлических конструкций;
доступная цена строительства здания;
повышенный уровень износостойкости;
снижение металлоемкости сооружения:
простота эксплуатации объекта.
В разработках наша команда применяет новейшие технологии и проверенные способы создании проектов металлоконструкций. При проектировании мы учитываем климатические воздействия на металлические элементы и осуществляем расчеты по безопасности. Основываясь на полученных данных, рассматриваем возможность использования различных марок металлов, типов сортамента, крепежей элементов. Главные особенности проектирования металлоконструкций для строительства быстровозводимых сооружений заключаются в решении следующих задач:
Изготовление составных элементов требуемых металлических изделий.
Комплектация металлических конструкций необходимыми крепежными и вспомогательными деталями.
Последующее возведение металлических элементов на строительной площадке.
Желаете построить специальные помещения для хранения разного вида продукции либо техники? Тогда вам необходимо обратиться к опытным сотрудникам СК Синмар, которые проведут грамотное проектирование ангаров из металлоконструкций, четко придерживаясь составленного технического задания и действующих нормативных требований. При разработке проекта мы подбираем наиболее оптимальные и экономически выгодные решения, позволяющие снизить расходы заказчика. Благодаря применению инновационного программного обеспечения наша команда спроектирует безопасные и надежные арочные, полигонные, прямостенные ангары, а также сооружения шатрового типа.
Мы займемся анализом условий хранения всех видов товаров и технических средств. Продумаем правильное месторасположение каждого помещения и определим габариты парковочной площадки возле ангара. Наличие готового комплекта чертежных документов, технических бумаг и выданных надзорными органами разрешений дает возможность начать монтаж быстровозводимого здания в течение короткого промежутка времени. При создании проекта ангара из металлоконструкций наши специалисты в обязательном порядке предусмотрят комфортное расположение комнат для отдыха работников объекта, технических и офисных помещений.
Основные этапы проектирования металлоконструкций
Перед проектированием металлических конструкций наши сотрудники анализируют предложения заказчика и обсуждают предварительно требуемые моменты, за короткий период времени разрабатывают техническое задание, а также создают ориентировочный эскиз здания. При подготовке проектных документов мы точно определяем все характеристики будущего объекта, его конструктивные особенности и необходимые свойства.
Проектирование металлоконструкций состоит из следующих стадий:
Создание чертежных бумаг металлических конструкций. Данный этап начинается с вычисления требуемых нагрузок на все элементы и основание, а также марок стали, которые нужны для производства изделий. Мы займемся расчетом основных узлов и схем, сделанных в виде планов и разных разрезов. При этом уделим пристально внимание узлам сопряжений деталей разрабатываемых металлоконструкций. Также важным моментом этого этапа является увязка архитектурных и технологических решений будущего металлокаркаса с конструктивными особенностями железобетонных конструкций. В сопроводительных документах к чертежам указано обоснование для проектирования, параметры сооружения, информация о климатических и геологических условиях о застраиваемой местности.
Составление чертежной документации деталировочных металлоконструкций. На этом этапе наши сотрудники тщательно детализируют всю имеющуюся информацию, проверяют и уточняют габариты изделий и видов стали, планируемых к использованию. В чертежных документах подробно представлены составные узлы, сборочные детали, элементы металлоконструкций, а также отображены их формы и габариты. Чертежи, созданные на данной стадии, являются основой комплекта рабочих бумаг, полностью готовых для строительства по ним быстровозводимого сооружения. Сборочные чертежи необходимы для монтажа из деталей основных элементов металлоконструкций. При их составлении мы учитываем размеры собранных изделий для облегчения их транспортировки к месту строительства. Монтажные чертежные документы содержат данные о местах установки элементов и их увязки между собой. В схемах перевозки определяется способ доставки элементов металлоконструкций и порядок их складирования на строительном участке, а также методы транспортировки крупногабаритных стальных изделий и несамоходного грузоподъемного оборудования.
При разработке чертежей наши специалисты максимально приблизят все проектные решения к типовым, что даст возможность уменьшить расход стали и цену работ по производству металлоконструкций. Данные мероприятия выполняются без снижения уровня прочности проектируемого сооружения. Все чертежные документы выполняются с учетом технологических особенностей, оборудования и мощности завода-изготовителя применяемых стальных элементов.
От чего зависит стоимость проектирования металлоконструкций?
Специалисты СК Синмар при выполнении работ учитывают все особенности проектирования металлоконструкций, что в сочетании с большим практическим опытом позволяет качественно составлять любые типы разработок. Мы эффективно создаем как типовые, так и крупные индивидуальные проекты, в которых применяются нестандартные архитектурные и конструктивные решения.
Цена создания проекта быстровозводимых зданий определяется в зависимости от площади объекта и расчетной схемы, в которую по желанию клиента можно вносить различные изменения. Существенное влияние на определение стоимости проектирования металлических конструкций оказывают следующие факторы:
тип применяемых материалов;
объем проектных работ;
функциональное назначение сооружения;
дополнительные пожелания заказчика;
Также на цену составления проекта влияют архитектурные и конструктивные особенности объекта из металлоконструкций. Окончательная стоимость проектирования металлических конструкций формируется только в индивидуальном порядке с каждым из заказчиков.
У вас есть желание заняться собственным бизнесом по выпуску какой-либо продукции? Закажите проектирование зданий из металлоконструкций у профессионалов СК Синмар, которые произведут требуемые работы по демократичной стоимости. Благодаря применению нашими специалистами новейших методов проектирования можно полностью исключить риск возникновения разных недочетов и ошибок. При создании проекта промышленных сооружений мы продумаем грамотное размещение технологического оборудования и разных помещений для обеспечения нормального функционирования будущего объекта.
При проектировании быстровозводимых зданий наша команда предусмотрела составление документации для оптимального подведения водопровода, электрообеспечения, водоснабжения, отопительной и вентиляционной системы, интернета, сигнализации, видеонаблюдения. Благодаря ответственному подходу к проектным работам и использованию современных технологий мы создаем производственные объекты, фабрики, цехи, которые отличаются долговечностью, энергоэффективностью, оригинальным дизайном и доступной стоимостью. Профессионально созданный проект позволит ускорить период окупаемости будущего сооружения и значительно повысить степень его безопасности.
Получайте качественные бесплатные консультационные услуги менеджеров компании по проектированию металлоконструкций, оставив заявку на сайте со своими данными.
Подскажите новичку с чего начать изучение расчетов конструкций?
Я бы посоветовал отталкиваться как раз от жизненных примеров (МК, КЖ), и что не понятно углубляться в сопромат, строймех и.т.д.
Иначе у вас уйдет куча времени как раз на сопромат, строймех (а там много чего есть), и не факт что вы все поймете и освоите. А реального представления расчета конструкций так и не будите иметь.
Если у вас есть начальные знания сопромата, строймеха; пусть с пробелами, пусть поверхностно, но вы их изучали в институте.
Берите какой нибудь реальный пример (небольшой, пускай даже балочную клетку для начала) и постарайтесь полностью ее запроектировать. Собрать нагрузки, посчитать балки, колонны, фундаменты, законструировать узлы(можно и по серии, но разобраться в серии как правильно подобрать, и что посчитать) но главное все сделать самой.
Будут возникать вопросы как это сделать, как найти усилия в балках, посчитать в ручную, посчитать в расчетной программе, сравнить и еще много вопросов..
Вот здесь и придется углубляться в сопромат, строймех, СНиП и т. д. но конкретно уже отвечая на возникающие вопросы.
поймете зачем вообще нужен сопромат, строймех применительно к расчетом.
Для начала ищите простые инженерные подходы для расчета вашего примера. Применять те допущения к расчетам когда не были так широко распространены расчетные программы на основе МКЭ.
Эти допущения можно и в SCAD, ЛИРА использовать. (т.е. это имеется ввиду как правильно замоделировать конструкцию, тем на форуме много)
Да и потихоньку осваивать какую то распространную программу (SCAD, ЛИРА) очень даже желательно.
Добавлю:
возможно сразу даже в простом примере все не получиться сделать и вы застопоритесь на чем то. Сделайте все что можете и отложите.
Берите другой пример. Потом когда нибудь вернетесь к тому что вы не смогли сделать. Может вас осенит, может найдете того кто вам подскажет или скажет где посмотреть. Может тему на форуме создадите и вам подскажут, может подробный пример интересующего вас расчета найдете и подробно в нем разберетесь и т.д.
Расчеты конструкций (SCAD 11.5; Мономах 4.5; STARK ES); Техническое Обследование Зданий и Сооружений
Основы проектирования
При проектировании изделий необходимо соблюдать последовательность действий, которая поможет сократить сроки и ресурсы проектирования. Любое проектирование начинается с получения от Заказчика технического задания, ознакомления, корректировки и дополнения (при необходимости) и окончательного согласования. На данном этапе ведущие специалисты оценивают возможность проектирования изделия с требуемыми техническими характеристиками с точек зрения:
После согласования технического задания и подписания договора на проектирование дальнейшие стадии разработки регламентирует ГОСТ 2.103-68 «Единая система конструкторской документации. Стадии разработки», который предусматривает следующие стадии:
Цель, перечень работ, объём выполняемой конструкторской документации, требования к выполнению документов для технического предложения описаны в ГОСТ 2.118-73 «Единая система конструкторской документации. Техническое предложение», для эскизного проекта – в ГОСТ 2.119-73 «Единая система конструкторской документации. Эскизный проект», для технического проекта – в ГОСТ 2.120-73 «Единая система конструкторской документации. Технический проект». Комплект конструкторской документации, который необходимо разработать на каждой стадии регламентируется ГОСТ 2.102-68 «Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов».
Соблюдение полноты стадий проектирования оговаривается договором между Заказчиком и Исполнителем. Не редки случаи, когда в целях сокращения сроков и затрат на проектирование, перед конструкторами сразу ставится задача разработки рабочей конструкторской документации уровня опытного образца – серийного изделия.
Изучение существующего уровня техники
Первый этап проектирования для конструктора – это ознакомление с имеющейся различного вида литературой по данному виду изделий. Также, при необходимости, возможно проведение патентных исследований не только в Российской Федерации, но и в странах, являющихся лидерами по производству данного вида изделий. Глубина патентных исследований (срок, за который проводится поиск патентов) может быть различна. На базе собранной информации делается анализ существующего уровня техники, и определяется, какие технические характеристики вновь разрабатываемого изделия отличаются от аналогов.
Следующий этап – это определение вариантов конструктивных или технологических улучшений существующих аналогов, позволяющих добиться заданных технических характеристик. Данный этап требует взаимодействия конструкторов с технологической и метрологической службами для оценки имеющейся производственной базы для изготовления и проверки качества данного типа изделия.
Этап проработки вариантов будущего изделия является самым интересным для конструктора. Здесь конструктор «изливает на бумагу» свои идеи, ранее не существовавшие или создает сочетание известных технических решений с новым техническим результатом. Именно на этом этапе происходит эволюция техники с конструкторской точки зрения.
Следующим этапом является принятие решения о выборе той или иной конструкции к реализации, к которой будут приложены последующие силы. Не редки случаи, когда при достаточном бюджете, принимается решение о реализации нескольких вариантов.
По значимости новизны конструкции принимается решение о подаче заявок на изобретение или полезную модель.
Переходя непосредственно к проектированию, рассмотрим его на примере наиболее мне знакомой области – арматуростроение. В каждой области машиностроения существует своя специфика, но при этом основы проектирования для каждой из них остаются постоянными.
Получение исходных данных и первая компоновка изделия
Исходные данные отражены в нормативных документах (ГОСТ, ОСТ и пр.), в названии которых после наименования изделия идёт фраза «Общие технические условия» или просто «Технические условия». К примеру, ГОСТ 13547-79 «Затворы дисковые на Ру до 2,5 МПа (25 кгс/см2). Общие технические условия», ГОСТ 31294-2005 «Клапаны предохранительные прямого действия. Общие технические условия», ГОСТ Р 53671-2009 «Затворы и клапаны обратные. Общие технические условия».
Исходными данными для изделий арматуростроения, которые должны быть указаны в техническом задании, являются:
Не редко для составления грамотного технического задания, Заказчик привлекает силы конструкторов Исполнителя, так как они владеют полным объёмом нормативной базы, регламентирующей большую часть технических требований будущего изделия.
Например:
В качестве особых требований к изделиям могут быть: требования сейсмостойкости, сейсмопрочности, виброустойчивости, вибропрочности, удароустойчивости, степени защиты от попадания пыли, влаги, степени взрывозащиты, повышенные гарантийные обязательства.
Рассматривая каждое конкретное техническое требование, изложенное в техническом задании, варианты будущего изделия дорабатываются до выполнения заложенных требований, в результате чего появляется более конкретная компоновка изделия (рис. 1, 2).
Назначение материалов
После того как конструктор определился с компоновкой будущего изделия, назначаются материалы деталей. Материалы основных деталей должны соответствовать указанным в техническом задании. Как правило, они выбраны Заказчиком из условий эксплуатации, таких как : рабочая среда, рабочая температура, воздействие окружающей среды, себестоимость материала. Материалы неосновных деталей конструктор волен назначать любые, но должен руководствоваться той же логикой, что и Заказчик. В дальнейшем, на стадии проведения прочностного расчёта, материалы могут быть изменены на более подходящие по механическим и эксплуатационным характеристикам (рис. 3). Также нужно учитывать, что существует перечень материалов, разрешённых к применению для конкретной отрасли машиностроения, регламентируемый соответствующими руководящими документами.
Расчёты
Следующий этап проектирования – проведение силового расчёта, определение сил действующих на каждый элемент конструкции при совершении изделием своего функционального назначения. Для запорной арматуры это определение усилия на рукоятке, необходимого для управления изделием и достаточного для обеспечения необходимой степени герметичности в затворе. От правильности проведения силового расчёта изделия зависит, будет ли изделие работоспособным. В данном расчёте конструктор должен четко представлять, как изделие работает, какие силовые факторы воздействуют на каждый элемент, сосредоточенные силы, давление, силы инерции, силы трения и др. Для проведения силового расчёта составляется расчётная схема изделия – условное графическое изображение элементов конструкции, участвующих в передаче усилий, моментов, с указанием мест приложения и направления этих силовых факторов, и необходимых размеров. Составляются уравнения условий равновесия и вычисляются необходимые усилия, моменты, реакции опор. Силовой расчёт даёт исходные данные для проведения прочностного расчёта. Он направлен на определение в конструкции действующих напряжений и определение основных геометрических параметров элементов (форма и размеры), воспринимающих усилия и необходимых механических характеристик, которыми должен обладать материал этих элементов исходя из условий прочности. Прочностной расчёт может быть выполнен как по формулам сопротивления материалов, так и с привлечением расчётных программ, использующих метод конечных элементов (рис. 4). Достоверность результатов прочностных расчётов в упругой области материалов в современных расчётных программах очень велика, но всё же рекомендуется подтверждать полученные на ЭВМ результаты расчётами, выполненными по формулам. Это можно объяснить тем, что для создания адекватной модели изделия конструктор должен правильно наложить граничные условия, а это не всегда так просто, как может показаться на первый взгляд.
Исходными данными расчёта являются: усилия воспринимаемые элементом, расчётное сечение элемента, материал элемента, рабочая температура элемента. Чаще всего в прочностной расчёт входят: расчёт толщины корпуса, расчёт толщины фланца, расчёт сечения стоек, расчёт крепёжных деталей, расчёт шпоночных, резьбовых, штифтовых и пр. соединений, расчёт контактных напряжений. Примеры основных расчётов приведены в «Справочник конструктора-машиностроителя» Анурьева В. И., «Расчёт на прочность деталей машин» Биргер И. А. Также в отдельных областях машиностроения имеется специальная литература, посвященная расчётам – «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры» Гуревич Д.Ф., а часть расчётов на прочность даже нормализованы и сведены в руководящие документы. К примеру, в ПНАЭ Г-7-002-86 «Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» приведены методики расчёта толщин стенок оборудования находящегося под давлением и расчёт фланцев, в СТ ЦКБА 044-2010 «Арматура трубопроводная. Пружины винтовые цилиндрические. Методика расчёта» указана методика расчёта винтовых цилиндрических пружин. При необходимости, помимо прочностного расчёта, могут быть выполнены: – тепловые расчёты – для определения эпюры распределения температуры по изделию и определения напряжений в элементах изделия, возникающих при температурном воздействии рабочей или окружающей среды; – вибрационные и сейсмические расчёты – для определения собственных частот изделия, резонансных частот и определения напряжений в элементах изделия, возникающих при вибрационном и сейсмическом воздействии; – гидравлические расчёты – для определения коэффициента гидравлического сопротивления изделия, определения усилий воздействующих на элементы находящиеся в потоке среды.
Выбор допусков и посадок
Оформление конструкторской и эксплуатационной документации
Вывод:
Соблюдение изложенной последовательности действий вырабатывает у конструктора способность сформировать правильный подход к проектированию изделия. Наличие строгого и осмысленного представления предстоящих действий позволяет сократить сроки и ресурсы проектирования.
Список литературы
Нормативные ссылки
Васильев Павел, Лебедев Дмитрий. 07.11.2014 г.
Положения проектирования металлических конструкций
На данный момент можно выделить основные принципы проектирования металлических конструкций: соответствие конструкции условиям эксплуатации; наименьшая трудоемкость изготовления; скоростной монтаж; экономия стали.
Первое требование очевидно: сооружение, прежде всего, должно быть удобно и надежно в эксплуатации. Выполнение остальных трех требований обеспечивает экономичность конструкции. Первоначальная стоимость стальных конструкций складывается в основном из следующих трех частей:
Стоимость металла примерно пропорциональна его весу; экономия его достигается, прежде всего, правильным проектированием металлических конструкций. Стоимость изготовления определяется в основном трудоемкостью. Поэтому проектировщик обязан тщательно следить за тем, чтобы конструкции были удобны в изготовлении (или, как говорят, «технологичны» с учетом имеющихся на заводе-изготовителе оборудования и приспособлений).
Стоимость монтажа тем меньше, чем больше его скорость (а это сокращает дорогостоящее время пребывания монтажных кранов на строительной площадке). Темп ускоряется, если монтажные соединения просты, а монтаж осуществляется крупными блоками (особенно тогда, когда все монтажные элементы приблизительно одинаковы). Поэтому при проектировании металлических конструкций должны быть продуманы конструкции монтажных сопряжений и вопросы членения на монтажные элементы.
Таким образом, экономичность металлических конструкций в первую очередь зависит от качества проектирования. Стоимость проектирования составляет всего 3-5% первоначальной стоимости, поэтому дополнительные затраты на улучшение проекта всегда многократно окупаются.
В стоимость металлоконструкций входят также расходы на перевозку на место постройки (примерно 5%), стоимость эксплуатации (примерно 2% в год) и амортизационные расходы (которые резко уменьшаются с увеличением срока службы).
При проектировании металлических конструкций, прежде всего, возникает вопрос о выборе системы в самых общих чертах (или о выборе компоновочной схемы). Этот вопрос решается методом сопоставления вариантов: рассматриваются возможные варианты и для каждого из них определяется расход материала и стоимость. К детальной разработке принимается тот вариант, который имеет минимальную стоимость (и при этом, конечно, полностью соответствует условиям эксплуатации).