Високоефективні технології та комплексні конструкції

РЕФЕРАТ

 

ВИСОКОЕФЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ

ТА КОМПЛЕКСНІ  КОНСТРУКЦІЇ  
В ПРОМИСЛОВОМУ Й ЦИВІЛЬНОМУ  БУДІВНИЦТВІ

(Онищенко О.Г., Пічугін С.Ф., Онищенко В.О., Стороженко Л.І.,  
Семко О.В., Слюсаренко Ю.С., Ємельянова І.А., Ландар О.М.)

Вступ

Будівництво є однією з визначальних галузей економіки, тому його техніко-економічні показники з урахуванням значної величини обсягів робіт, капіталовкладень, інвестицій мають надзвичайно важливе значення. При цьому на перший план виступає задача зниження трудомісткості, матеріало- та енергоємності будівельних робіт.

Розвиток будівництва в Україні, його відповідність світовому рівню значною мірою визначається відходом від традиційних залізобетонних і металевих конструкцій та технологій їх виготовлення і зведення. Суттєвим недоліком залізобетонних конструкцій є нераціональне використання бетону в розтягненій зоні, де він фактично не працює і навіть не враховується при розрахунках несучої здатності конструкцій. Серед відомих недоліків металевих конструкцій – нераціональна робота на стиснення через втрату загальної та місцевої стійкості, низька вогнестійкість і необхідність захисту від корозії. Ключовою характеристикою будівельних конструкцій та механізмів є їхня якість і надійність. Разом із тим проблема надійності в будівництві, особливо щодо будівельних конструкцій та технологій, в теоретичному й практичному планах не вирішена, що пов’язано зі складністю характеру випадкових навантажень та специфікою роботи деяких елементів і складних конструктивних систем.

Саме тому напрямом світового рівня, розвинутим у даній роботі, став інтенсивний пошук нових технологій та конструктивних рішень, що поєднують бетон, сталеві профілі й арматуру для раціональної сумісної роботи та забезпечують високу ефективність і надійність будівельних об’єктів.

Зважаючи на це, в роботі реалізується ідея створення будівельних конструкцій нового покоління – надійних комплексних сталезалізобетонних конструкцій, які поєднують кращі властивості металевих і залізобетонних (збірних та монолітних) конструкцій, у яких разом працюють сталеві й залізобетонні елементи. З точки зору ефективності застосування і нових комбінацій різних матеріалів для сумісної роботи комплексні сталезалізобетонні конструкції (СЗБК) не мають аналогів.

В єдиній технологічній системі розроблені й упроваджені високоефективні та надійні машини й обладнання нового покоління для виготовлення, зведення та опорядження запропонованих конструкцій.

1. Мета і завдання роботи

Метою роботи є вирішення важливої народно-господарської проблеми значного підвищення ефективності будівельних робіт на основі створеної єдиної технологічної системи, яку складають розроблення, дослідження і впровадження в будівництво надійних комплексних сталезалізобетонних конструкцій нового покоління та ефективних технологій для високопродуктивного комплексно-механізованого виконання робіт, пов’язаних із виготовленням та зведенням таких конструкцій.

Для досягнення поставленої  мети необхідно розв’язати такі завдання:

• розробити і впровадити клас будівельних конструкцій нового покоління – надійних комплексних СЗБК різного призначення;
• уперше здійснити аналіз параметрів дійсного напружено-деформованого стану сталезалізобетонних конструкцій різних типів і виконати статистичний аналіз результатів експериментальних досліджень міцності та деформативності елементів і складових СЗБК;
• уперше розробити комплексні методи оцінювання та управління надійністю сталезалізобетонних конструкцій шляхом визначення ризиків і часткових коефіцієнтів надійності методу граничних станів для проектування таких конструкцій;
• розробити ефективні технологічні схеми виготовлення та зведення СЗБК із застосуванням найбільш перспективних механізмів і технологій виконання операцій;
• сприяти широкому впровадженню розроблених комплексних конструкцій, засобів механізації та нових технологій у будівельне виробництво на загальнодержавному рівні й на їх основі суттєво поліпшити техніко-економічні показники будівництва.

Структурно-логічна схема  всього комплексу представленої  роботи у наочній формі ілюструється на рис. 1.

В основу технології створення надійних комплексних сталезалізобетонних конструкцій покладено такі методологічні принципи: використання сучасних методів теорії надійності складних систем з урахуванням імовірнісних особливостей навантажень та впливів; суміщення огороджувальних і несучих функцій конструкцій; конструктивне резервування (паралельна робота) елементів та матеріалів із різними характеристиками мінливості; технологічний постадійний контроль при будівництві, використання складних статично невизначених систем комплексних конструкцій із метою підвищення імовірності безвідмовної роботи системи в цілому; створення оптимальних умов експлуатації елементів комплексних конструкцій. Для будівель із сталезалізобетонними конструкціями забезпечується зменшення термінів будівництва порівняно з конструкціями з монолітного залізобетону при збереженні всіх позитивних властивостей останніх, таких як: гнучка конструктивна схема будівель, яка дозволяє використовувати немодульні розміри, що важливо при оптимізації розмірів будівлі з урахуванням технологічних процесів; використання залізобетону в якості як конструктивного, так і огороджувального матеріалу в усіх елементах будівлі; підвищена вогне- та корозієстійкість елементів сталезалізобетонного каркаса.

2. Нові комплексні  конструкції

Авторами розроблено такі види СЗБК:

• із зовнішнім суцільним армуванням, включаючи трубобетонні конструкції (ТБК) із різними формами перерізу труби-оболонки;
• із зовнішнім наскрізним армуванням;
• (сталебетон) із зовнішнім листовим армуванням;
• у вигляді залізобетону з внутрішньою жорсткою арматурою, що відрізняється наявністю захисного шару бетону на прокаті;
• у вигляді сталевих конструкцій із прибетонованими до їх стиснутих елементів залізобетонними частинами;
• у наскрізних складених конструкціях типу ферм.

 

Аналіз існуючих методів та технології надійного високоефективного будівництва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Структурно-логічна схема  роботи "Високоефективні технології 
та комплексні конструкції в промисловому й цивільному будівництві"

 

Визначено вплив стадійності  завантаження та моменту замикання  статично невизначних СЗБ рам на їх напружено-деформований стан. Замикання та завантаження статично невизначних сталезалізобетонних конструкцій відбувається в кілька етапів. Різниця в напруженнях і деформаціях перерізів ригеля становить понад 50%, залежно від того, коли відбувається повне замикання жорстких вузлів у рамах – до чи після монтажу збірних залізобетонних панелей.

Виконане  дослідження надійності нових типів СЗБК, упроваджених у будівництво й реконструкцію. Проведені натурні експериментальні дослідження запропонованих нових типів СЗБК, як щойно збудованих систем, так і підсилених експлуатованих, свідчать про достовірність та прийнятність розроблених методів.

Установлено, що металева труба-оболонка в трубобетоні виконує  одночасно функції як поздовжнього, так і поперечного армування. Вона сприймає зусилля за всіма напрямками й під будь-яким кутом. Боковий тиск труби протидіє інтенсивному розвитку мікротріщин розриву в бетонному осерді, яке в умовах всебічного тиску витримує напруження, що значно перевищують призмову міцність. Одночасно сталева труба, заповнена бетоном, виявляється значною мірою захищеною від утрати місцевої та загальної стійкості.

Упроваджені трубобетонні конструкції, котрі мають підвищену надійність в експлуатації, тому що в граничному стані вони не втрачають несучу здатність миттєво, як залізобетонні, а досить довгий час можуть витримувати навантаження, зазнаючи значних деформацій.

Технологічні вимоги практично не обмежують галузі використання трубобетону, який працює при складному температурно-вологісному режимі в умовах агресивного середовища, при великих прогонах та висотах будівель, в умовах значної кількості виробництв, де звичайні сталеві або залізобетонні конструкції використовувати недоцільно. Установлено, що спільна робота бетонного ядра і труби-оболонки, яка сприяє виникненню так званого ефекту обойми, підвищує несучу здатність сталезалізобетонних елементів у 1,5 – 2 рази порівняно із залізобетонними.

Завдяки проведеним дослідженням за останній час трубобетонні конструкції зі стрижневою арматурою здобули широкого застосування в будівництві. При спорудженні будь-яких будівель із використанням цих конструкцій є можливість застосування індустріальних методів виробництва безпосередньо на будівельному майданчику.

Результатами експериментальних досліджень стиснутих елементів із центрифугованого трубобетону доведено можливість їх використання в якості ефективних будівельних конструкцій. При цьому найбільш ефективними виявились трубобетонні елементи, в яких у зоні оголовка бетонне ядро підсилено арматурними сітками, а також конструкції, в яких підсилення стальної труби здійснено за допомогою труби-оболонки.

На основі результатів ґрунтовних експериментальних досліджень розроблена теорія об’ємного напружено-деформованого стану трубобетонного елемента, що працює під навантаженням. Ця теорія дозволила запропонувати методи розрахунку несучої здатності та переміщень трубобетонних конструкцій, що сприяло їх проектуванню і будівництву зі значним техніко-економічним ефектом.

3. Механізми для виготовлення і спорудження комплексних конструкцій

Авторами вперше виконані теоретичні та експериментальні дослідження властивостей бетонних сумішей різної рухомості й будівельних розчинів, а також робочих процесів бетононасосів, розчинонасосів і розчинозмішувачів. Розроблені сталефібробетонні покриття з використанням сталефібробетонних елементів із застосуванням технологічних комплектів обладнання сухого та мокрого торкретування. Розроблені принципові схеми та методика розрахунку впроваджених у будівельне виробництво ефективних бетонозмішувачів примусової дії, зокрема нового тривального бетонозмішувача, в основу якого покладено новий принцип дії – каскадний режим.

Створені принципово нові конструкції двопоршневих розчинобетононасосів як із вертикальним розташуванням робочої колонки, так і з горизонтальним розміщенням циліндрів для безкомпресорного транспортування й прямоструменевого нанесення малорухомих дрібно- і крупнозернистих бетонних сумішей та виконання торкрет-робіт. Також упроваджені принципово нові конструкції вертикально-плунжерних розчинонасосів, які найбільшою мірою задовольняють вимоги малоопераційної технології механізованого нанесення розчинів на оброблювані поверхні найбільш раціональним способом.

Розроблені штукатурні станції нового покоління з поворотним приймальним бункером і мобільні штукатурні агрегати надають можливість максимально механізувати трудомісткі процеси під час виконання опоряджувальних операцій в умовах багатоповерхового будівництва.

У зв’язку з певним спадом будівництва в Україні й переходом головним чином на індивідуальне будівництво розосереджених будинків та об’єктів акціонерним товариствам, малим підприємствам і фірмам набагато вигідніше мати на будівельному об’єкті свій автономний мобільно-пересувний штукатурний агрегат, що не потребує доставки автосамоскидами готових розчинів від спеціалізованих заводів.

4. Надійність  конструкцій, механізмів і систем

Загальні засади проведених авторами досліджень щодо надійності в будівництві включені в ДБН В.1.2-14-2009 "Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ". Вперше були проведені масштабні дослідження навантажень на будівлі різного призначення. Зокрема, дослідження навантажень від мостових кранів дозволили виявити їх залежність від часу та вперше об’єктивно оцінити такий важливий компонент кранових впливів, як бічні сили. Експериментально виявлено неоднакове завантаження колон різних рядів і недовантаження колон середніх рядів. Пропозиції щодо врахування виявлених особливостей кранових навантажень були вперше включені в текст ДБН 362-92 "Оцінка технічного стану сталевих конструкцій виробничих будівель і споруд, що знаходяться в експлуатації" та ДБН В.1.2–2:2006 "Навантаження і впливи". Імовірнісні моделі вітрового й снігового навантажень побудовані на представницькій вихідній інформації, для чого були оброблені статистичні дані 62 – 77 метеорологічних станцій України. При цьому кількісно оцінена можливість диференціювати вітрове навантаження залежно від періоду його повторення. Виявлено, що аналогічно вітровому навантаженню снігове навантаження має квазістаціонарний характер із сезонним трендом математичного сподівання, постійним коефіцієнтом варіації, асиметрією і частотними параметрами. Для оцінювання надійності конструкцій будівель необхідно брати до уваги нерівномірність відкладення снігу на покриттях із перепадами висот.

Уперше виконано системне дослідження з єдиних позицій найбільш характерних імовірнісних моделей навантажень. Обґрунтовані узагальнені інформаційно забезпечені імовірнісні моделі атмосферних для території України та кранових навантажень, які сформували статистичний базис для розрахунку надійності різних конструкцій. Для оцінювання надійності використовується показник, основний для будівельних конструкцій і механізмів – імовірність їх безвідмовної роботи (або імовірність відмови) з урахуванням часу за критерієм несучої здатності. Важливі практичні результати одержані на базі розробки імовірнісного розрахунку конструктивних елементів із випадковою міцністю, що сприймають випадкові навантаження. Зокрема для випадку дії постійного навантаження плідною виявилася стохастична модель у вигляді суми випадкових величин, застосування якої дозволяє ввести коефіцієнт сполучень y = 0,85 – 0,95. Для всіх областей України складені карти двосторонньої оцінки показника надійності елементів, що дає можливість безпосередньо робити висновки про розрахований за діючими нормами рівень надійності конструкцій, розміщених як у межах конкретної області, так і в усіх регіонах України.