Том 13, № 2 (2023)
Строительные конструкции. Основания и фундаменты. Технология и организация строительства. Проектирование зданий и сооружений. Инженерные изыскания и обследование зданий
Формообразование зданий на основе стержневых арок с изменяемой геометрией
Аннотация
Введение. Пространственные стержневые конструкции покрытий применяют для более эффективного промышленного производства строительных конструкций, что позволяет снизить затраты от массовости их выпуска, специализации производства и рациональности конструктивных решений. При проектировании пространственных покрытий используют уникальные конструкции единичного исполнения, которые помогают решить грандиозные архитектурные и функциональные задачи. Большим спросом пользуются и покрытия, имеющие в своей основе стандартныеэлементы, которые способствуют созданию различных архитектурных форм.Материалы и методы. Предметом исследования служит пространственная архитектурно-конструктивная система,которая дает возможность воплотить проектировочные задачи, являясь быстровозводимой, легкой, имеющей унифицированные элементы, исключающие монтажную сварку. Такие арки найдут широкое применение от спортивных до выставочных комплексов благодаря их быстрому монтажу. Арка может иметь очертания окружности, эллипса, параболы или, изгибаясь в двух направлениях, принимать форму произвольной кривой с сопряжением кривых, изогнутых в разные стороны.Результаты. Пространственная арка собрана по принципу кристаллографической триангуляционной схемы, где можно выделить верхний и нижний пояса, раскосы и стержни. Предложен новый универсальный шарнирный соединительный элемент, связывающий от шести до двенадцати стандартных стержней, что дает возможность добиться минимального количества типоразмеров и выполнять наземную ручную сборку укрупненных элементов конструкции, пространственная жесткость системы обеспечена при их шарнирных связях между собой.Выводы. Результаты исследования позволяют считать такой вариант стержневой пространственной арки перспективным решением. Установлено, что основным направлением усовершенствования пространственных стержневыхконструкций является разработка новых узловых соединений.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):6-19
6-19
Цилиндрический завихритель потока с удлиненной хордой лопастей
Аннотация
Введение. Разработка вихревых аппаратов — устройств для закрутки потоков жидкостей и газов — остается актуальной научной и инженерной задачей. Рассматривается конструкция закручивающего поток аппарата контрвихревого гасителя на холостом водовыпуске Белореченской гидроэлектростанции (ГЭС). Цель исследования — разработка эффективного контрвихревого гасителя избыточной кинетической энергии потока воды.Материалы и методы. Используются аналитические методы классической гидромеханики. В концептуальную основу исследований положено фундаментальное равенство геометрической характеристики вихревого аппарата по Абрамовичу (число Абрамовича) числу закрутки потока Хигера – Бэра.Результаты. Установлено, что геометрическая характеристика цилиндрического лопастного завихрителя не зависит от радиуса выходных кромок закручивающих поток лопастей, но зависит от угла скоса лопастей на этом радиусе. Это позволяет, согласно фундаментальному равенству чисел Абрамовича и Хигера – Бэра, сохраняя угол скоса лопастей, смещать их по радиусу камеры закрутки либо выполнять их с удлиненной хордой, оставляя гидравлические характеристики вихревого аппарата и закрученного им потока неизменными. Удлинение хорды лопастей вихревого аппарата повышает надежность и качество формирования закрученного им потока. На основе дифференциального уравнения, описывающего линии тока течения в цилиндрической камере закрутки, доказано, что хорда плавно обтекаемой потоком удлиненной лопасти завихрителя должна иметь форму логарифмической спирали. Показано,что вихревой аппарат, выполненный в виде лопастной системы логарифмических спиралей, формирует течение с наложением потенциального вращения на потенциальный сток.Выводы. Проанализирована конструкция контрвихревого гасителя энергии потока на водовыпуске Белореченской ГЭС с системой лопастей в форме логарифмических спиралей. Предложено рекомендовать рассмотренную конструкцию в качестве типовой для гидроузлов среднего напора.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):20-30
20-30
Способы расчета несущих конструкций на устойчивость к прогрессирующему разрушению
Аннотация
Введение. Рассматриваются методы расчета и действующие нормативные документы, используемые при расчете зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению. Перечислены ключевые методы решения подобных задач. Изложены основные положения каждого из них. Проанализированы преимущества и недостатки применяемых методов.Материалы и методы. Расчеты устойчивости к прогрессирующему обрушению выполнены для многопролетной многоэтажной плоской рамы на отказ средней стойки первого этажа. Для проведения расчетов применялся программный комплекс ЛИРА-САПР 2021 R1.2. Задача решалась несколькими методами: статический расчет, квазистатический расчет и динамический расчет. Квазистатический расчет выполнялся в двух вариантах: pulldown- и pushdown-анализ. Динамический расчет осуществлялся методом прямого интегрирования уравнений движения с помощью модуля «Динамика во времени». Было рассмотрено два варианта с различным временем исключения элементов.Результаты. Результаты проанализированы и сведены в табл. 2. Расчет в статической постановке дает значения усилий и перемещений, явно заниженные по сравнению с остальными способами. Усилия и перемещения, полученные при квазистатических расчетах, получились больше, чем при расчетах в динамической постановке. Результаты, полученные при pulldown- и pushdown-анализе, близки по своим величинам.Выводы. Расчеты квазистатическими методами дают завышенные усилия и перемещения по сравнению с расчетами в динамической постановке. Результаты pushdown-анализа лучше соотносятся с результатами расчетов в динамической постановке. Для более точного определения усилий при использовании квазистатического расчета необходимо обоснование коэффициента динамичности.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):31-50
31-50
Напряженно-деформированное состояние плотины Юмагузинского гидроузла
Аннотация
Введение. Каменно-земляная плотина Юмагузинского гидроузла на р. Белая построена в сложных геологических условиях на неоднородном основании. Представлены результаты численного исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) плотины, выполненного для варианта грунтовой плотины с центральным ядром. При расчете НДС плотин должна учитываться реальная структура грунта, характеризующаяся своим соотношением упругих и пластических связей. Изменение этой структуры происходит вместе с изменением НДС и отражается на значениях коэффициента относительной прочности и коэффициентах надежности. По значениям коэффициентов надежности в плотине можно судить о ее прочностном состоянии.Материалы и методы. Определение НДС плотины проведено на основании энергетической модели грунта, разработанной Л.Н. Рассказовым. Область выделенного фрагмента плотины была разбита на однотипные элементы; принята треугольная сетка метода конечных элементов, при помощи которой описана конструкция грунтовой плотины и основание.Результаты. Численными расчетами установлено, что при повышении уровня воды в водохранилище до отметки форсированного подпорного уровня характер распределения напряжений σxx меняется. В основании верховой упорной призмы на границе с ядром появляется область с небольшими положительными значениями, наибольшие из которых получены в переходной зоне. Вся гидростатическая нагрузка передается на напорную грань ядра и, следовательно, вся работа внешних сил переходит в энергию внутреннего деформирования этого элемента, вызывая в нем концентрацию напряжений. Материал переходной зоны вынужден следовать за деформациями ядра, что обусловливает развитие в нем растягивающих напряжений. Поэтому увеличение жесткости ядра ведет к меньшим деформациям ядра и соответственно к меньшим значениям растягивающих напряжений в переходных зонах. Характер распределения напряжений σyy симметричный.Выводы. Увеличение жесткости ядра влечет ликвидацию арочного эффекта, который особенно заметен при пониженных уровнях воды в водохранилище. По этой причине в ядре плотины желательно использование скелетного материала.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):51-73
51-73
Поле скоростей течения на участке реки Сайгон при эксплуатации противопаводковых сооружений
Аннотация
Введение. Крупнейший экономический центр Вьетнама — Хошимин сталкивается с размывом берегов реки, одной из основных причин которой является сток. В данном исследовании поле скоростей потока на участке р. Сайгон анализируется в разные периоды времени.Материалы и методы. Сведения о расходе, уровне воды, топографии речной сети и русла реки были собраны для настройки имитационных моделей в программах MIKE 11 и MIKE 21. Эти программы служат основными инструментами, используемыми в исследовании.Результаты. Величина скорости течения в середине реки в 3–4 раза больше, чем на двух берегах. Однако в период между приливом и отливом течение по обеим сторонам реки имеет более высокую скорость, чем основной поток, особенно в верхней части извилистых берегов, таких как часть реки от шлюза Бен Нге до шлюза Тан Тxуан и участок реки от полицейской станции Ан Лой Донг до моста Тху Тием 2. Значения скорости на исследуемом участке реки в большинстве случаев превышают допустимые значения безэрозионной скорости частиц руслового материала, берегов рек, а также частиц взвешенных наносов. При эксплуатации противопаводковых шлюзов несколько снизится величина скорости потока, а также возникнут водовороты перед шлюзами.Выводы. Программное обеспечение MIKE 11 и MIKE 21 детализировало распределение стока в р. Сайгон. Скорость течения на р. Сайгон имеет сложное распределение и меняется от периода к периоду в зависимости от паводкового стока из водохранилища Зау Тиенг и приливно-отливных течений Восточного моря. Процесс размывa по обеим сторонам реки будет происходить регулярно и непрерывно, поэтому необходимо срочно принять меры по защите берега реки.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):74-90
74-90
Архитектура. Реконструкция. Реставрация. Творческие концепции архитектурной деятельности. Архитектурное проектирование. Градостроительство. Градорегулирование
Особенности историко-культурного каркаса Гунибского района Республики Дагестан
Аннотация
Введение. Региональное развитие Республики Дагестан ориентировано на туристическую индустрию, которая развита в прибрежных районах, что нельзя отнести к горным территориям, несмотря на возрастающий интерес туристов. В силу неразрывной связи историко-культурного ландшафта и системы расселения он имеет важное значение в размещении объектов туристической индустрии. Цель исследования — построение историко-культурного каркаса территории (ИКК), который во многом определяет размещение градостроительных объектов туристической индустрии, в том числе туристических аттракторов. Предложена территориальная модель культурного каркаса Гунибского района, включающего объекты культурного наследия (ОКН) и выявленные культурные ландшафты.Материалы и методы. С помощью геоинформационной системы Google Earth выявлены территории террасного земледелия. Использование орографических карт, а также учет физических возможностей земледельцев пройти максимальное расстояние днем, направляясь к земледельческим полям, и вечером, возвращаясь домой, позволило определить границы и принадлежность полей к населенным пунктам.Результаты. Выполнен анализ поселенческой структуры Гунибского района, проведена инвентаризация террасных полей, составлен ИКК, определяющий территориально-пространственный потенциал культурного наследия региона.Выводы. Проведенные исследования позволили установить ИКК территории Гунибского района Республики Дагестан, который содержит объекты культурного материального и нематериального наследия, а также значительныетерритории культурных и пасторальных ландшафтов. Предлагается дальнейшее более глубокое изучение и проведение работ по отнесению зафиксированного культурного ландшафта к ОКН, с соответствующим внесением в необходимые реестры. Результаты исследования могут быть использованы при подготовке градостроительных документов, установленных Градостроительным кодексом РФ. Богатство ИКК Гунибского района показывает перспективы его территориального развития на основе индустрии туризма.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):91-101
91-101
Инженерные системы. Эксплуатация зданий. Проблемы ЖКК. Энергоэффективность и энергосбережение. Безопасность зданий и сооружений. Экология
Влияние ливневых паводков на строительство сооружений по сбору дождевой воды
Аннотация
Введение. Нехватка пресной воды стала серьезной проблемой. Основные причины водного кризиса — рост населения и изменение климата. Египет — засушливая страна, которая сталкивается с дефицитом воды в результате растущего спроса и ограниченного предложения. В этой ситуации требуется применение новых подходов для решения проблем нехватки воды. Вади Ватир на Синайском полуострове, выбранный в качестве области исследования, — важный туристический и коммерческий водораздел, в котором отмечаются недостаток воды и угроза внезапных наводнений.Материалы и методы. Впервые исследуется влияние непредсказуемых паводков на внедрение систем сбора дождевой воды (СДВ). Карты риска внезапных наводнений и структуры СДВ разработаны с помощью геоинформационной системы (ГИС).Результаты. Установили, что пять перколяционных резервуаров, пять контрольных плотин, 11,15 км2 площади наземных резервуаров для перколяции и 0,48 км2 площади для фермерских прудов являются оптимальными под сбор воды во время внезапных наводнений.Выводы. Определили развитие Вади Ватир и выделили три этапа. Показали, что возникновение непрогнозируемых наводнений влияет на планы развития. Воздействие внезапных наводнений следует учитывать при расчете проектной мощности сооружений СДВ.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):102-116
102-116
Расход тепловой энергии на временное отопление законченных вчерне станций метрополитена
Аннотация
Введение. При строительстве объектов метрополитена выполнение архитектурно-отделочных и монтажных работ начинается до завершения основных конструкций. В это время подключение к сетям постоянного теплоснабжения отсутствует, поэтому для соблюдения технологии производства работ необходимо применение временных источников теплоты. Отсутствие конкретных сведений по требуемым мощностям таких источников делает невозможным прогнозирование финансовых затрат, что является существенным для подрядчиков. Цель исследования — определение удельной величины расхода тепловой энергии на отопление станций метрополитена, строительство которых выполняется открытым способом, в зависимости от различных температур наружного воздуха, завершенности строительства, глубины заложения станции, а также строительного объема станции.Материалы и методы. Тепловые потоки вычислены с помощью математического моделирования стационарного теплового режима. Анализы результатов расчетов и нормативных данных выполнены в соответствии с положениями теории вероятности и математической статистики. Вычисления коэффициентов и нагрузок проведены по общепринятым уравнениям и законам тепломассообмена. Климатические данные и параметры материалов принимаются по действующим нормативным документам.Результаты. Вычислены значения удельной тепловой характеристики станций метрополитена, сооружаемых открытым способом, в зависимости от объемно-планировочных и конструктивных решений, состава наружных ограждений, а также стадии завершения строительства (в том числе наличия или отсутствия обратной засыпки). Расчетная норма расхода тепловой энергии на временное отопление законченной вчерне станции метрополитена, сооружаемой открытым способом, составляет 3,87 Гкал/(1000 м3·мес).Выводы. Предложены нормы на временное отопление (количество тепловой энергии) для станций метрополитена, сооружаемых открытым способом. Определены тепловые затраты на обеспечение заданных параметров воздуха, отнесенные к единице объема и необходимые для производства строительных и монтажных работ внутри станций в течение отопительного периода.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):117-130
117-130
Использование пеностекла (гранулированного) в очистке городских поверхностных сточных вод
Аннотация
Введение. При очистке природных объектов от тяжелых металлов определяющую роль играют сорбционные технологии, для развития которых необходимы новые виды сорбентов. Цель исследования — оценка сорбционной способности гранулированного пеностекла при очистке поверхностных сточных вод (СВ) с урбанизированных территорий от тяжелых металлов (на примере Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb и Zn).Материалы и методы. В качестве сорбента использовали гранулированное пеностекло. Сорбатом являлись поверхностные СВ урбанизированной территории г. Челябинска. Изучалось взаимодействие в системе «сорбент – сорбат» в лабораторных условиях методом ограниченного объема при статической сорбции, когда поллютанты находились в жидкой фазе и приводились в контакт с неподвижным сорбентом. Варьировали время контакта сорбента с сорбатом от 3 до 168 ч и температуру окружающей среды от 0 до 20 °С. Структуру и состав поверхности сорбентов исследовали на электронном растровом микроскопе JEOL JSM-6460LV с приставкой для микрорентгеноспектрального анализа. Изменение состава сорбата при взаимодействии с сорбентами определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе OPTIMA 2100 DV (Perkin Elmer). Водородный показатель устанавливали на микропроцессорном рН-метре рН-150МИ.Результаты. Изучены структура и состав поверхности гранулированного пеностекла. Выявлена эффективность сорбции гранулированного пеностекла тяжелых металлов из СВ урбанизированной территории.Выводы. Полученные результаты показывают, что исследованное гранулированное пеностекло — эффективный сорбционный материал, позволяющий извлекать тяжелые металлы (кобальт, хром, медь, железо, никель, свинец, цинк) из поверхностного стока городов.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):131-143
131-143
Информационные системы и логистика в строительстве
Применение методов аналитики данных к оценке перспективности планируемых к возведению объектов недвижимости
Аннотация
Введение. В процессе принятия решений о проектировании и строительстве возникают задачи оценки перспективности планируемых к возведению объектов недвижимости. Предметом исследования является оценка привлекательности объектов недвижимости с позиции целесообразности их возведения.Материалы и методы. Методы исследования включают анализ научных работ, применение системного анализа системного подхода, структурное и математическое моделирование явлений и процессов, теорию и практику цифровизации экономических систем, теорию и методологию объектно-ориентированной обработки больших данных, теорию прогнозирования и статистического анализа.Результаты. Выявлены четыре группы параметров объектов недвижимости, которые могут оказывать влияние на их привлекательность. Произведена формализация информации в пригодный для аналитики вид. Показано, что свойства объектов можно рассматривать как их атрибуты, в связи с чем для информационно-аналитической системы предложена модель данных по принципу «звезда». Предложена схема взаимосвязей характеристик и параметров объектов, а также модель системы обработки сведений, включающая сбор больших данных с множества источников и интеграцию с платформами предприятия. Оценка привлекательности объектов осуществляется вычислением интегрального показателя, состоящего из интегральных показателей отдельных наборов данных. Предложен метод ранжирования формализованных показателей объектов как предварительный этап экспертного определения их весовых значений. На основе интегрального показателя привлекательности объекта может быть принято управленческое решение о целесообразности и перспективности строительства либо выполнении коррекции проектных показателей проектируемого объекта. Процесс моделирования и создания отчетности может быть выполнен в программных средствах, реализующих концепцию Business Intelligence.Выводы. Предложенная методология оценки перспективности объектов недвижимости на основе анализа больших данных может быть использована при принятии решений как строительными компаниями, так и участниками вторичного рынка недвижимости для эффективного параметрического подбора объектов недвижимости в соответствии с запросами заказчиков.
Строительство: наука и образование. 2023;13(2):144-165
144-165