Високоефективні технології та комплексні конструкції

Запропонований імовірнісній метод успішно розповсюджений на деталі будівельних машин та механізмів, що зазнають випадкові за величиною  вібраційні впливи. Їх відмови відбуваються поступово у зв’язку із накопиченням мікропошкоджень у матеріалі та наступним переходом у тріщини втомленості. Запропонована диференційована методика розрахунку втомної довговічності деталей будівельних машин, що зазнають впливу випадкових вібраційних навантажень. Аналогічний підхід був застосований до імовірнісного розрахунку елементів висотних споруд (башт, димових труб, антенно-щоглових систем, опор ліній електропередач, опор вітроенергетичних установок) на втомленість при вібраційній дії турбулентного вітру.

Розроблено розрахунок надійності статично невизначених систем (СНС) (окремих балок і рам, багатоповерхових і багатопрогонних поперечників будівель, багатоелементних механізмів), який в теорії надійності будівельних конструкцій і механізмів вважається однією з найскладніших проблем. В основу розрахунку за методом станів покладено перебір усіх можливих шляхів руйнування СНС, починаючи від працездатного стану і до її повного руйнування. Імовірнісним методом граничної рівноваги успішно розв’язана задача оцінювання надійності СНС із переваженням згину (балок, рам) з елементами, забезпеченими від втрати стійкості, матеріал яких вважається ідеально пружно-пластичним. Кількісно підтверджено, що пружно-пластичний розрахунок розглянутих СНС приводить до економії матеріалу в межах 10 – 15% порівняно з пружним розрахунком.

Проведені дослідження  надійності вузлів (рис. 2) комплексних СЗБК. Досліджувалися розповсюджені жорсткі вузли сполучення ригелів із колонами на монтажному зварюванні (одно- та двосторонньому) і на обрізках двотаврів, фланцеві вузли з болтовим з’єднанням та вузли з’єднання колон із фундаментами.

Здійснено ймовірнісний аналіз міцності нормальних перерізів сталезалізобетонних елементів порівняно зі сталевими й залізобетонними. Для цього використані розрахунки як за граничними станами, так і за деформаційною моделлю, а також методом скінченних елементів із використанням нелінійних залежностей для бетону та діаграми Прандтля (зі зміцненням) для сталі.

Проаналізовані і наведені в роботі основні залежності між показниками вартості матеріалів та надійністю СЗБК, що дозволило в подальшому перейти до аналізу можливих ризиків (як вартісних показників) при проектуванні й будівництві. Це дозволило з використанням байєсівських методів уточнити апостеріорну оцінку ймовірності безвідмовної роботи з урахуванням фактичного стану конструкцій. Викладено страхові аспекти розрахунку ймовірності безвідмовної роботи конструкцій із використанням поняття актуарних (нетто) страхових ризиків. Показано метод визначення коефіцієнтів надійності за призначенням γ_n, який збільшує перерізи більш відповідальних конструкцій на 20 – 30% порівняно з конструкціями з обмеженою відповідальністю (фактично цей коефіцієнт відповідає за керування надійністю будівель і споруд).

5. Організація  будівництва і професійне управління  розробленням  
та ефективною реалізацією проектів із використанням  
нових комплексних конструкцій

Ефективне, якісне й системне втілення нових комплексних конструкцій і конструктивних систем на основі запропонованих сталезалізобетонних конструкцій, будівельних машин та механізмів, нових технологій і форм організації будівництва в сучасних складних умовах розвитку вимагають від авторів роботи проектного управління розробленням та реалізацією будівельних інноваційно-інвестиційних проектів.

Автори врахували, що фінансово-економічний ефект у сучасних, дуже складних (кризових) умовах будівництва та іншої бізнес-діяльності є інтегральною (комплексною) функцією, що залежить від великої кількості факторів, серед яких ключовими є: якість розроблення, реалізації та управління проектом на всіх етапах його розвитку; унікальність об’єкта будівництва; наявність сучасної техніки, технологій, кваліфікованого персоналу, системи тотального управління якістю; максимальне скорочення (до оптимальних термінів) періоду проектування і будівництва; вибір раціональних процедур та інструментів проектного інвестування (фінансування) й управління ризиком.

В умовах швидкої зміни  тенденцій, вимог і потреб зовнішнього оточення отримання економічного ефекту від упровадження нових технологій та комплексних сталезалізобетонних конструкцій у сфері будівництва досягається за рахунок великої кількості як традиційних факторів (скорочення часу будівництва, зменшення витрат сталі й бетону, організації гнучкого процесу, оптимізації надійності та проектних ризиків), так і за рахунок упровадження нових форм реалізації бізнес-проектів, розвитку й оновлення виробничих систем, будівельного виробництва, застосування інноваційно-інвестиційної моделі розвитку, а також за рахунок використання девелоперства та інжинірінгу. Комплексно оцінюючи ефективність проекту враховано, що обіг капіталу (інвестицій) у будівельних інноваційно-інвестиційних проектах у більшості випадків становить не менше ніж 1 – 2 роки, але цей капітал (інвестиції в реальну економіку й людський капітал) має довготривалу віддачу (десятки років експлуатації будівель і споруд) та надійну захищеність.

6. Упровадження надійних комплексних конструкцій  
і технологій їхнього зведення

Результатами досліджень впроваджено:

• при виконанні робіт з реконструкції 11 будинків у м. Харкові;
• під час ремонту та реконструкції плавального басейну пансіонату "Гліцінія" (м. Ялта);
• інжиніринговою компанією ТОВ "Етуаль" при будівництві виробничих цехів Кременчуцької та Полтавської кондитерських фабрик, пивзаводів: "Оболонь", Радомишльського та Полтавського, Жашківського лікеро-горілчаного заводу, Київського заводу "Керамін" ("АТЕМ"), адміністративно-побутових корпусів Кременчуцької та Прилуцької тютюнових фабрик;
• підприємством ТОВ "ЕКФА" при реконструкції формовочного цеху й естакади Кременчуцького сталеливарного заводу, випробуваннях сталезалізобетонних конструкцій підсилення Полтавського алмазного заводу, в проектах надбудови магазинів "Пасаж" та "Магнат" в м. Полтава;
• Світловодським заводом залізобетонних конструкцій швидкомонтованих будівель, де запроектовано, випробувано і широко впроваджено в будівництво на об’єктах Росії та України два типи сталезалізобетонних ригелів прогоном 12 м та шестиметровий сталезалізобетонний понижений ригель у складі рами із залізобетонними колонами, на які затверджено рішенням Держбуду України №29 від 10.06.2005 технічні умови "Ригель покриттів сталезалізобетонний" ТУ У В.2.6-28.1-14276579-002:2005;
• при будівництві об’єктів із сталезалізобетонним каркасом за кордоном України: критий ринок м. Астана (Казахстан), боулінг-клуби в містах Ліпецьк, Пенза, Москва, Сочі.

Розроблені диференціальні розчинонасоси  з проточними плунжером і поршнем, штукатурні станції та агрегати протягом 1985 – 2008 років виготовлялися на таких підприємствах: Вінницькому ремонтно-механічному заводі Укрпромбуду УРСР, Прилуцькому заводі "Будмаш", сумському заводі "Насосенергомаш", Полтавському експериментально-механічному заводі, Полтавському турбомеханічному заводі, Полтавському заводі "Електромотор", Полтавському тепловозоремонтному заводі, на дільниці малої механізації "Полтаваагробуд". Виготовлені розчинонасоси та станції використовувалися на 26 будівельних майданчиках ВАТ "Полтавтрансбуд", БМУ №4 ВАТ "Домобудівельний комбінат №3" (м. Київ) та інших організацій України.

Результати досліджень ураховані при розробленні проектів державних норм України "Сталезалізобетонні конструкції", "Залізобетонні та бетонні конструкції", "Загальні принципи забезпечення надійності та безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ", а також включені в прийняті ДБН В.1.2-14-2009 "Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ", ДБН 362 – 92 "Оцінка технічного стану сталевих конструкцій виробничих будівель, що знаходяться в експлуатації" та ДБН В.1.2-2:2006 "Навантаження і впливи. Норми проектування".

Здійснені наукові розроблення уперше відкривають можливість здійснювати оцінювання надійності запроектованих і діючих систем, а також визначати елементи за заданою надійністю та проводити оптимізацію конструкцій за критерієм надійності. Розроблений метод дав змогу обґрунтувати ряд нових розрахункових коефіцієнтів надійності за навантаженням, сполученнями навантажень, умовами роботи.

Результати проведених досліджень опубліковані у 48 монографіях, понад 650 наукових працях. Новизна розробок захищена 160 авторськими свідоцтвами та патентами.

Окрім цього, результати досліджень широко використовуються під час підготовки висококваліфікованих фахівців будівельних і механічних спеціальностей у Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка, Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури та інших вищих технічних навчальних закладах. Результати роботи відобразились у понад 30 підручниках і навчальних посібниках).

7. Техніко-економічні  показники

Економія сталі при  застосуванні комплексних збірно-монолітних СЗБК складає до 5 – 8 кг/м², а бетону 0,06 – 0,09м³/м² для будівлі зі сталезалізобетонним каркасом порівняно відповідно з будівлями з сталевими та залізобетонними каркасами.

Створені  диференціальні вертикально-плунжерні  розчинонасоси з проточним поршнем та двопоршневі розчинобетононасоси мають найвищу серед усіх відомих аналогів (зокрема фірм "Putzmeister AG" та "Turbosol") усмоктувальну спроможність і тому можуть стабільно перекачувати будівельні суміші дуже низької рухомості (розчини – до 8 см, бетони – до 4 см). Указані насоси характеризуються найвищим серед усіх існуючих розчинобетононасосів рівнем об’ємного ККД (80 – 90% залежно від рухомості перекачуваних сумішей). Розчинонасоси з гідроприводом типу РНГ-4 обладнані пристроєм плавного регулювання подачі розчину, яка може швидко змінюватися за сигналом штукатура. Це дає можливість значною мірою розширити межі застосування механізованого нанесення штукатурних розчинів способом соплування. Гідроприводні штукатурні станції з поворотним бункером типу СШ-4Г забезпечують комплексну механізацію робіт, пов’язаних із використанням будівельних розчинів і бетонів. Використання мобільних агрегатів типу УРЗ-3,8 є ефективним у сільському будівництві, де великогабаритні станції застосовувати з економічної точки зору недоцільно.

Сумарний народно-господарський економічний ефект від упровадження в будівництво розроблених комплексних конструкцій, технологій, механізмів і агрегатів за період виконання роботи з урахуванням індексації складає понад 500 млн. гривень.

При загальних  обсягах будівництва об'єктів із застосуванням збірного залізобетону в Україні 6,9 млрд. грн. за рік потенційний економічний ефект від упровадження в промислове й цивільне будівництво високоефективних технологій і комплексних сталезалізобетонних конструкцій становитиме 1,3 млрд. грн./рік.

Висновки

У роботі, виконаній колективом учених та виробничників Полтави, Києва і Харкова, розв’язана важлива для економіки України науково-технічна проблема – всебічне розроблення та впровадження нового покоління комплексних будівельних конструкцій. Для вирішення цієї проблеми розв’язані завдання аналізу особливостей напружено-деформованого стану несучих конструкцій з урахуванням сумісної роботи всіх складових будівельних систем різних рівнів – починаючи від елементів перерізу, закінчуючи сумісною роботою елементів просторових об’ємних конструктивних систем будівель.

Успішно розв’язана проблема нормування навантажень і методів розрахунку надійності нових типів конструкцій, що дістало відображення як в уже прийнятих державних будівельних нормах, так і в проектах низки державних норм, які сьогодні проходять процедуру редагування та затвердження.

Розв’язане завдання забезпечення нового покоління комплексних конструкцій засобами механізації бетонних і опоряджувальних робіт, що ведуться на будівельному майданчику. Ці механізми дозволили суттєво скоротити витрати ручної праці та зменшити час будівництва. З точки зору технології ці механізми й агрегати дозволяють виконувати безперервне бетонування та опоряджування, що забезпечує цілісність і сумісну роботу всіх елементів СЗБК.

Крім науково-технічної  новизни розроблених конструктивно-технологічних систем та методів їх проектування, особливу увагу в роботі приділено техніко-економічним і соціальним аспектам упровадження та експлуатації нового типу конструкцій на всіх стадіях їх життєвого циклу. Для вирішення цього завдання застосовані методи теорії актуарних страхових ризиків, які дозволили уточнити й обґрунтувати значення часткових коефіцієнтів надійності методу граничних станів. Також суттєво розвинуто організаційні методи керування проектами і промислово-будівельний менеджмент при проектуванні, розрахунку, будівництві та безаварійній експлуатації нових типів комплексних СЗБК у промислових і цивільних будівлях та спорудах.

Перспективність реалізованої в роботі ідеї полягає в максимальному розкритті можливостей кожної складової технологічної системи – від теоретичних наукових розробок до практичної масштабної реалізації і досягнення значного економічного ефекту – при отриманні надійних комплексних СЗБК та їх упровадженні на будівельних об’єктах різного призначення.

Автори:

_______________ О.Г. Онищенко

_______________ С.Ф. Пічугін

_______________ В.О. Онищенко

_______________ Л.І. Стороженко

_______________ О.В. Семко

_______________ Ю.С. Слюсаренко

_______________ І.А. Ємельянова

_______________ О.М. Ландар

29 березня 2010 р.