КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З МЕТРОЛОГІЇ І СТАНДАРТИЗАЦІЇ доцента кафедри інженерної геодезії Лапицького Ігоря Володимировича
I частина
КИЇВ — 2018
Ласкаво просимо на
Науково-навчальний сайт з метрології і стандартизації к. т. н., доцента кафедри ІГ КНУБА Лапицького Ігоря Володимировича
http://metrologia.pp.ua
Лекція 1 Мета та завдання навчальної дисципліни Курс «Метрологія і стандартизація» передбачає вивчення науковометодичних основ метрології і стандартизації, їхнє народно-господарське значення та роль у прискоренні науково-технічного прогресу, вивчення державної системи стандартизації в Україні, галузевої стандартизації в геодезичному виробництві, видів нормативно-технічної документації, організації метрологічної служби, стандартизації методів та засобів інженерногеодезичних вимірів, еталонів, повірочних схем. Знання в галузі метрології допоможуть майбутньому спеціалісту правильно використовувати сучасну вимірювальну техніку, удосконалювати організацію та методи вимірювання, вирішувати задачі з визначення оптимальних допусків. Студент повинен: знати: в процесі вивчення дисципліни студенти набувають необхідних знань про систему державної стандартизації, основи метрологічного забезпечення геодезичних вимірів, стандартизацію геодезичних приладів, систему допусків у будівництві; вміти: студенти повинні вміти розраховувати точність окремих технологічних процесів як на стадії проектування споруд, так і точність виготовлення будівельних конструкцій, геодезичних розбивних робіт в процесі їх зведення.
Зміст навчальної дисципліни Змістовий модуль 1. Основи стандартизації в будівництві. Тема 1.1. Предмет і завдання курсу. Мета, завдання та види стандартизації. Історичні довідки. Тема 1.2. Державна система стандартизації в Україні. Організація робіт із стандартизації. Тема 1.3. Система стандартизації та основні поняття й терміни. Міжнародні організації із стандартизації. Змістовий модуль 2. Основи метрології в будівельно-монтажному виробництві. Тема 2.1. Основи метрології. Одиниці фізичних величин. Модульна координація розмірів у будівництві. Тема 2.2. Система забезпечення точності геометричних параметрів у будівництві. Стандартизація засобів вимірювання в інженерній геодезії.
Змістовий модуль 3. Система допусків і посадок у будівництві. Тема 3.1. Основи взаємозамінності в будівництві. Система допусків геометричних параметрів у будівництві, геодезичних розбивних та монтажних робіт. Тема 3.2. Теорія розмірних ланцюгів. Розрахунок сполучень елементів будівельних конструкцій і технологічного устаткування.
Лекція 2 Стандартизація граничних відхилень та статистичний аналіз точності геометричних параметрів у будівництві Ця частина вміщує відомості з системи забезпечення геометричних параметрів у будівництві. Наведені основні терміни і визначення (1, 2, 6). Вивчаючи цю тему, студенти мають з’ясувати, що відхилення дійсних розмірів елементів будівельних конструкцій, геодезичних розбивних та монтажних робіт від заданих параметрів — це похибки, взаємопов’язані геометрично за характером їх прояву і технологічно в процесі експлуатації інженерних споруд. Стандартизація ряду числових величин граничних (допустимих) відхилень відповідно до технології будівельного виробництва проводиться роздільно на геометричні параметри: 1) виготовлення будівельних конструкцій; 2) геодезичних розбивних робіт; 3) монтажних робіт. Основні положення зі стандартизації базуються на основі комплексу стандартів. Терміни та визначення. Розміри геометричних параметрів у будівництві виражаються лінійними (X або L) та кутовими величинами. Стандартизацію розмірів і граничних відхилень геометричних параметрів виконують із врахуванням вимог до збірності конструкцій і взаємозаміни елементів. Збірність конструкцій — це властивість незалежно виготовлених елементів забезпечити можливість складання з них конструкцій будов та споруд із точністю їх геометричних параметрів, враховуючи встановлені до конструкцій експлуатаційні вимоги. Взаємозамінність елементів — властивість незалежно виготовлених однотипних елементів забезпечити можливість застосування будь-якого з них без допоміжного припасування за заданого рівня збірності конструкцій. Допуск — різниця між найбільшим та найменшим граничними розмірами, або різниця між верхнім і нижнім граничними відхиленнями (Δ). Поле допуску — сукупність значень геометричного параметра, обмежених його граничними розмірами (xmin, x1, x2, … , xmax). Дійсне відхилення — алгебраїчна різниця між дійсним і номінальним значеннями геометричного параметра (δx). Граничне відхилення розміру — алгебраїчна різниця між граничним і номінальним значеннями геометричного параметра.
Верхнє граничне відхилення — алгебраїчна різниця між найбільшим граничним і номінальним значеннями геометричного параметра (δsup). Нижнє граничне відхилення — алгебраїчна різниця між найменшим граничним і номінальним значеннями геометричного параметра (δinf). Систематичне відхилення розміру — різниця між середнім і номінальним значеннями геометричного параметра (δxi або δmx). Відхилення середини поля допуску — алгебраїчна різниця між серединою поля допуску (xср) та номінальним значенням геометричного параметра (xпот). Функціональний допуск — допуск геометричного параметра, який встановлює точність зібраної конструкції, виходячи з умов забезпечення відповідних їй функціональних вимог. Технологічний допуск — допуск геометричного параметра, який встановлює точність виконання відповідного технологічного процесу чи операції. Клас точності — сукупність значень технологічних допусків, які залежать від номінальних значень геометричних параметрів. Аналіз точності виготовлення елементів будівельних конструкцій серійного виробництва виконують за серією вибірок однакового об’єму n ≥ 40 одиницям однотипного технологічного обладнання. Точність геодезичних розбивних та монтажних робіт аналізують за серією вибірок при n ≥ 40 за закріпленими в натурі орієнтирами чи елементами одного чи декількох монтажних горизонтів. Система допусків у будівництві складається з трьох великих частин (китів). Перша частина — система допусків на виготовлення елементів будівельних конструкцій. Друга частина — система допусків на геодезичні розбивні роботи. Третя частина — система допусків на монтажні роботи.
Лекція 3 Система допусків на виготовлення елементів будівельних конструкцій У цій лекції ми наводимо спеціальні відомості з системи допусків на виготовлення елементів будівельних конструкцій. Координацію розмірів об’ємно-планувальних та конструктивних елементів будов і споруд, будівельних виробів встановлюють на основі єдиної модульної системи (ЄМС) на базі основного модуля 100 мм, який позначимо M. Збільшені модулі 6000, 1500 і т.д. позначимо відповідно 60 M, 15 M. Дробові модулі 50, 5 мм позначають 1/2 M, 1/20 M і т.д. Технологічні допуски Δx у міліметрах обчислюють за формулою ∆ x=ik
,
(27)
i — одиниця допуску, k — коефіцієнт точності. Одиницю допуску i визначають залежно від значення параметра для всіх технологічних процесів. Коефіцієнт точності k встановлює число одиниць допуску для даного класу точності і вибирається за системою чисел, яким надана перевага. Допуски виготовлення. В будівельному виробництві застосовують конструкції зі сталі, залізобетону, дерева, пластмас та ін. Недосконалість технологічних операцій виготовлення елементів конструкцій призводить до похибок лінійних розмірів, викривлення поверхонь та геометричних форм. Основними дефектами елементів будівельних конструкцій, на які встановлюються допуски, є: 1) спотворення лінійних розмірів; 2) відхилення від прямолінійності (шфетність) поверхні; 3) відхилення від площинності (викривлення опорних площин, овальність); 4) спотворення перпендикулярності поверхні (клиноподібність); 5) перекіс (нерівність діагоналей). Одиниця допуску виготовлення елементів будівельних конструкцій: де
3
3 i=α ( 0,8+0,001 √ L ) × ( √ L+25+ 0.01 √ L2 ) ,
(28)
де L — довжина розміру елемента, мм; α — коефіцієнт, який залежить від виду дефекту. Значення коефіцієнтів k та α для обчислення допусків на виготовлення наведені в табл. 7. Допуск Δx обчислюють за формулами (27) та (28) для кожного виду дефекту, виходячи з номінального розміру та класу точності.
Таблиця 7 Вид дефекту Лінійні розміри Прямолінійність Площинність Перпендикулярність Рівність діагоналей
1,0 1,0
k для класів точності 1 2 3 4 5 6 7 0,10 0,16 0,25 0,40 0,60 1,0 1,6 0,25 0,4 0,6 1,0 1,6 2,5
0,6 1,0
0,16 0,25 0,4 0,25 0,4 0,6
α
0,6 1,0
1,0 1,6
1,6 2,5
2,5
8 2,5
9 4,0
4,0
6,0
Лекція 4 Допуски геодезичних розбивних робіт У будівництві розрізняють два види точності геодезичних розбивних робіт: 1) точність розбивки споруд відносно місцевих контурів у плані та за висотою; 2) точність розбивки в плані та за висотою осей та висот для установки елементів конструкцій, будов у проектні положення відносно вихідних осей та висот. Точність першого виду не впливає на взаємозаміну елементів при монтажі. Вона характеризується графічною точністю вихідних планів. При розплануванні комплексу промислових будівель точність розбивних робіт першого виду повинна відповідати вимогам технологічності виробничих процесів. Точність розбивних робіт другого виду характеризує точність установки елементів конструкцій у проектне положення, виходячи з геометричної (габаритної) взаємозамінності. Допуск та одиниці допуску геодезичних розбивних робіт обчислюють за формулами: i=α ⋅ L
(м) ;
(29)
,
(30)
∆ x=k ⋅ i
L — розмір розбивного елемента в метрах. Значення коефіцієнта α та технологічні допуски за видами геодезичних розбивних робіт згідно з табл. 8 (методичні рекомендації). Держстандартом передбачено 6 класів точності геодезичних розбивних робіт. Значення коефіцієнтів точності k вказані в табл. 9 (методичні рекомендації). де
Лекція 5 Допуски будівельно-монтажних робіт Елементи будівельних конструкцій встановлюють у плані та за висотою відносно точок, ліній та поверхні, винесених при виконанні геодезичних розбивних робіт. Установку елементів будівельних конструкцій виконують за гранями чи рисками, спеціально нанесеними на поверхні елемента. Регламентовано два види монтажних допусків: 1) на суміщення орієнтирів (вихідного та на елементі); 2) на симетричність взаємної установки елементів. Одиницю допуску обчислюють за формулою 3
i=α ( 0,8+0,001 √ L ) ( √ L+25+0.01 √ L2) 3
,
(31)
де L — відстань між орієнтирами, мм; α — коефіцієнт, що дорівнює 1,6, при розрахунку допусків на суміщення орієнтирів, та α=0,6 — при розрахунку допусків симетричності установки елементів. Точність монтажних робіт держстандартом регламентується шістьома класами точності. Значення коефіцієнтів точності монтажних робіт k відповідає табл. 9 (методичні рекомендації).
Лекція 6 Розрахунок точності геометричних параметрів будівельних конструкцій Основою розрахунку є функціональні вимоги до конструкцій будівель, споруд та дані про точність технологічних процесів будівельного виробництва. Розрахунки точності сполучень будівельних конструкцій виконують із застосуванням теорії розмірних ланцюгів, характеризують номінальними значеннями, допусками і допустимими граничними відхиленнями. В розмірний ланцюг можуть входити ланки, які мають номінальний розмір 0. Наприклад, встановлення елементів на вертикалі. На результати обчислень це не впливає. Методика розрахунку може бути: 1) прямою, коли за відомими характеристиками точності складових ланок розмірного ланцюга знаходять допуск на розмір замикаючої ланки; 2) обернений, коли за встановленим допуском результуючого параметра обчислюють точність складових параметрів.