Том 19, № 4 (2024)
Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация
Водочувствительный дизайн городской среды: города-губки и «умные» ландшафты
Аннотация
Введение. В 2023 г. в мире зафиксирован рост случаев подтоплений городов. Количество ливневой воды многократно возросло, но в городах негде применить этот сверхштатный ресурс. Водочувствительный дизайн территорий должен стать приоритетным в планировке городов и обновлении нормативных документов градостроительной сферы в условиях глобального потепления.Материалы и методы. Приведенный анализ климатических данных территории исследования имеет ключевое значение при вычислении нормы полива для функционирования зеленой инфраструктуры в условиях города. Предложено рассмотреть вегетационный полив — наиболее важное и зарегулированное поливное мероприятие, которое жизненно необходимо всем растениям в городских условиях.Результаты. Управление ливневыми водами сократит затраты на полив и упростит содержание городских зеленых насаждений во время всего вегетационного периода. Предложенные изменения и дополнения нормативных документов Российской Федерации в области зеленой инфраструктуры смогут облегчить внедрение нового экосистемного подхода на практике. Рассмотрены световые условия для качественного функционирования зеленой инфраструктуры на территории исследования.Выводы. Водочувствительный дизайн городской среды позволяет технологическими средствами имитировать природные процессы, поддерживать природные территории в состоянии устойчивости за счет растений местной флоры, а также может быть естественным образом связан с семантическим образом места, передавать цвет технологиями зеленой инфраструктуры. Авторские биотопы являются устойчивыми технологическими решениями инженерной подготовки территории, разработаны в контексте духа места с использованием растений местной флоры на основе разработанных нормативных рекомендаций в целях новой концепции водочувствительного дизайна городской среды.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):499-514
499-514
Специфика формирования современных архитектурных концепций
Аннотация
Введение. Рассматриваются вопросы методологического обмена в исследованиях архитектуры и смежных сфер деятельности по изучению проблем взаимодействия человека и среды. Дается критическая оценка ведущих современных направлений архитектурного морфогенеза зарубежных стран и России.Материалы и методы. На основе изучения причастных к теме теоретических публикаций и натурных материалов в результате перекрестных сопоставлений объектом исследования стал бином человек + среда, синтезирующий практически все теоретические разработки как основной код взаимодействия. Выявлено, что линии теории и практики в ординарной и репрезентативной архитектуре давно не совпадают и архитектурная теория преобразовалась в схоластическую визионерскую науку, тяготеющую к дизайну. Это подтверждают рассмотренные профессиональные публикации и материалы по существующим и проектируемым архитектурным объектам, а также концептуальные разработки ведущих архитекторов современности.Результаты. Представлена в сжатом виде генетическая последовательность направлений формирования архитектурной стилистики последних десятилетий с ограничением рассмотрения преимущественно мейнстрима и исключением технических характеристик объектов. Выявлены основные творческие линии и персоналии архитектурных «маэстро» зарубежья, проекция на их деятельность научных направлений и исследовательской методологии современной науки.Выводы. Отмечена принципиальная разница социальных предпосылок и векторов развития архитектуры зарубежья и России. Даны характеристики позитивным и негативным проявлениям эволюции мировой архитектуры. Отмечена тенденция к формированию парадигмы «интеллектуальной архитектуры», морфологического и технологического предпочтения «чистой формы», минимализма в решении эстетических программ зодчества, укрепления принципов целесообразности, индустриализации, стандартизации в проектировании; высказаны гипотезы по решению проблем поляризации человек-компьютер в будущей архитектурной профессии.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):515-526
515-526
Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения
Деформационно-прочностная модель бетона с двойным независимым упрочнением и повреждением
Аннотация
Введение. Бетон, будучи неотъемлемой частью современного строительства, представляет собой сложный нелинейный материал. Поведение бетона в значительной степени зависит от вида напряженно-деформированного состояния (НДС) и истории нагружения. Среди элементов вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений присутствует большое количество конструкций, работающих в условиях трехосного НДС; а также элементов, подверженных циклическим и знакопеременным нагрузкам. В качестве универсального инструмента, который дает возможность с достаточной точностью описывать работу бетона в подобных условиях, может выступать феноменологическая модель материала, применяемая в рамках численных методов. Цель исследования — разработка модели бетона, позволяющей с достаточной точностью описывать поведение материала в рамках статического кратковременного нагружения. Модель должна отражать ключевые особенности поведения бетона: эффекты контракции и дилатации, изменение жесткости в результате знакопеременного и циклического нагружений, влияние вида напряженного состояния на деформативность материала. Кроме того, модель должна иметь алгоритм регуляризации проблемы локализации необратимых деформаций.Материалы и методы. В качестве основы используются результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросам теории пластичности и механики разрушения бетонных и железобетонных конструкций.Результаты. Модель реализована в программном конечно-элементном комплексе ANSYS, с помощью которого возможно применять пользовательские модели материала. Проведено сравнение результатов лабораторных и численных испытаний, выполненных для бетонных и железобетонных образцов при различных видах НДС.Выводы. Представленная модель бетона позволяет с достаточной точностью моделировать поведение материала при различных видах НДС в рамках статического кратковременного нагружения, а также отражает главные особенности поведения материала. Для регуляризации проблемы локализации необратимых деформаций в модели используется подход, основанный на теории полосы трещин. Приведены значения всех параметров, необходимых для использования модели материала.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):527-543
527-543
Совершенствование метода расчета поврежденных элементов стальных конструкций
Аннотация
Введение. Дефекты и повреждения стальных конструкций в сочетании с коррозией металла, стимулирующей к тому же потерю местной устойчивости, могут приводить к ограниченно работоспособному их состоянию или эксплуатационной непригодности. Метод расчета элементов с такими повреждениями отсутствует. При этом «нормативная» проверка прочности неповрежденных элементов при двух или более параметрических загружениях ведет к заниженным результатам. Поэтому актуальна разработка достоверного метода расчета на прочность элементов, в том числе неповрежденных, при общем загружении.Материалы и методы. Предложен метод исследования прочности поврежденных и неповрежденных элементов стальных конструкций при общем случае загружения с учетом взаимного влияния усилий по фактическому предельному состоянию, соответствующему критерию ограниченной пластической деформации. Решение задачи проводится в безразмерных параметрах в обратной последовательности, что дает возможность сократить время расчета на несколько порядков.Результаты. На основании анализа полученных результатов исследования разработан эффективный практический метод расчета поврежденных и неповрежденных элементов, позволяющий получить более достоверные сведения об их прочности. Установлено влияние повреждения на прочность, которое в зависимости от места его расположения относительно действующих усилий N, Mx, My может привести к работоспособному, ограниченно или неработоспособному состояниям. Выявлены существенные резервы прочности неповрежденных двутавровых элементов.Выводы. Предложено аналитическое решение, в котором ослабления сечения компенсируются эквивалентным догружением фиктивными силами, позволяющими свести проверку прочности как для неповрежденного элемента. Обнаруженные резервы прочности неповрежденных двутавровых элементов указывают на необходимость исследования стрежней с другими типами сечений.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):544-556
544-556
Сравнение перераспределения моментов в корродированных и некорродированных статически неопределимых железобетонных балках
Аннотация
Введение. Рассматривается актуальный вопрос перераспределения моментов в статически неопределимых железобетонных балках, подвергающихся коррозии. Статически неопределимые железобетонные балки широко используются в различных строительных приложениях, и понимание того, как коррозия влияет на перераспределение моментов в таких балках, является важным для оценки их несущей способности и безопасности. Применяются экспериментальные и аналитические методы для изучения влияния коррозии на перераспределение моментов в железобетонных балках.Материалы и методы. Использована новая техника для ускорения и контроля присутствующей коррозии, применяемой в соответствии с экспериментальной программой. Испытаны четыре двухпролетных железобетонные балки с коррозией и без при изгибающем моменте.Результаты. Экспериментальные результаты сравнили между собой. Полученные результаты свидетельствуют о том, что коррозия оказывает существенное влияние на перераспределение моментов в статически неопределимых железобетонных балках. Перераспределение моментов увеличивается с ростом процента коррозии. Предлагаемая модель позволяет в значительной степени определить коэффициент перераспределения моментов в статически неопределимых железобетонных балках.Выводы. Исследование подчеркивает существенное влияние коррозии на перераспределение моментов в статически неопределимых железобетонных балках. Полученные результаты показывают, что с увеличением процента коррозии происходит соответствующее увеличение перераспределения моментов. Полученные результаты могут стать основой для разработки будущих стратегий по снижению влияния коррозии на статически неопределимые железобетонные балки, что будет способствовать улучшению проектирования конструкций и практики их эксплуатации в строительстве.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):557-568
557-568
Строительное материаловедение
Биоминеральные добавки для самозалечивания бетона
Аннотация
Введение. Рассмотрены причины снижения долговечности изгибаемых конструкций через призму нарушения защитного слоя арматуры, который в первую очередь нарушается при образовании трещин. Трещины могут самозалечиваться различными методами, наиболее эффективным из которых является микробно-индуцированное осаждение карбоната кальция.Материалы и методы. Использованы штаммы Bacillus subtilis VKM B-70 и VKM B-501 (всероссийская коллекция микроорганизмов), микрокремнезем, метакаолин, золу уноса. Оценка выживаемости бактерий провена путем культивирования бактериальных штаммов из образцов-таблеток. Определение pH образцов выполнено с помощью pH-метра. Оценка скорости зарастания трещин осуществлена путем визуального осмотра образцов-таблеток под оптическим микроскопом.Результаты. Привены результаты эксперимента по подбору оптимального размера альгинатных бактериальных гранул для биоминеральной добавки. Изучено влияние биоминеральных добавок различного состава на зарастание трещин шириной от 100 до 500 мкм. Показано эффект повышения активности бактерий в присутствии пуццоланового компонента, выявлена связь щелочности среды образца и активности бактерий.Выводы. Рекомендуемым диаметром гранул с точки зрения обеспечения прочности, вероятности залечивания трещин и технологических причин является диапазон 1–1,8 мм. Активность бактерий в таких гранулах увеличивается при наличии в составе добавки пуццоланового компонента. Зола уноса по сравнению с другими видами пуццолановых добавок наиболее эффективна в составах с бактериями Bacillus subtilis из-за способности снижать щелочность цементно-песчаных композиций, создавая более благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. При использовании комплексных биоминеральных добавок происходит значительное увеличение скорости зарастания трещин, что позволяет обеспечить закрытие трещин шириной 100 мкм всего за 5 циклов «вода – воздух».
Вестник МГСУ. 2024;19(4):569-579
569-579
Гипсоцементно-пуццолановые бетоны для аддитивного строительного производства
Аннотация
Введение. Аддитивное строительное производство (3D-печать), осуществляемое бетонными и растворными смесями на основе минеральных вяжущих, в том числе смешанных, является одним из перспективных способов изготовления строительных изделий, конструкций, возведения зданий и сооружений. Анализ современного состояния исследований в области разработки композиционных материалов на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего для строительной 3D-печати свидетельствует об ограниченности его применения ввиду коротких сроков схватывания гипса, а также низких показателей водостойкости и пределов прочности изделий на его основе, что свидетельствует об актуальности изучения, направленного на разработку стабильных составов гипсоцементно-пуццолановых бетонов (ГЦПБ) для 3D-печати, обладающих высокими физико-техническими и оптимальными реотехнологическими характеристиками.Материалы и методы. Изготовление образцов осуществлялось на строительном 3D-принтере АМТ S-6044 производства ООО «СПЕЦАВИА». Применены стандартные методики исследования реологических свойств смесей и физико-технических свойств бетонов.Результаты. Научно обоснован и экспериментально определен состав ГЦПБ в технологии аддитивного производства. Обоснована рациональность применения в технологии аддитивного производства бетонов с соотношением вяжущее:заполнитель = 1:2 при модуле крупности песка Мк 3, обеспечивающим следующие характеристики контрольного состава бетона: предел прочности при сжатии 22,1 МПа, при изгибе — 4,9 МПа, средняя плотность — 1892 кг/м3, формоустойчивость — 16 см, предельное напряжение сдвига — 58,5 Па. Изучены особенности структурообразования и ряд недостатков микроструктуры разработанного ГЦПБ, сформованного методом аддитивного производства.Выводы. Разработаны ГЦПБ для аддитивного строительного производства методом послойной экструзии с оптимальным соотношением компонентов в составе вяжущего. Показана перспективность дальнейшего совершенствования составов ГЦПБ путем их модифицирования полифункциональными комплексными добавками.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):580-595
580-595
Моделирование влияния параметров массопереноса на кинетику коррозионного взаимодействия бетона с биологическими средами
Аннотация
Введение. Воздействие микроорганизмов на цементный камень (ЦК) бетона ускоряет вывод «свободного гидроксида кальция» из поровой структуры и способствует разложению кальцийсодержащих фаз, в результате чего происходит снижение прочностных характеристик бетона и дальнейшее разрушение. Биоповреждение необходимо учитывать при определении долговечности бетона. Математическое моделирование позволяет на любом этапе жизненного цикла бетонного изделия спрогнозировать его состояние и установить остаточный срок службы.Материалы и методы. Влияние параметров массопереноса на изменение концентраций гидроксида кальция в бетоне и на интенсивность его вымывания в жидкую среду показано графически по результатам численного моделирования. Разработана математическая модель для описания процессов массопереноса при биологической коррозии бетона, в которой влияние микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности объясняется внутренним источником поглощения или высвобождения массы, в частности «свободного гидроксида кальция», в бетонном ЦК. Условия достижения значений концентраций гидроксида кальция в ЦК, соответствующих началу разложения высокоосновных составляющих, описываются с помощью решения задачи массообмена.Результаты. На основе математической модели, описывающей кинетику массопереноса, разработан математический аппарат для прогнозирования степени биодеградации цементных бетонов. Представлены графические зависимости, которые являются результатом имитационного численного эксперимента. Они описывают для широкого диапазона параметров системы влияние критериев подобия (Фурье, Био) и коэффициента, учитывающего фазовые характеристики, на динамику и кинетику процесса массопереноса при биокоррозии бетона. Наиболее интенсивное изменение кинетики и динамики массообмена наблюдается на начальных стадиях воздействия продуктов жизнедеятельности микроорганизмов при жидкостной коррозии бетона.Выводы. Полученные графические зависимости дают понимание об условиях замедления и интенсификации процессов массопереноса в системе «бетон – биопленка – жидкая среда». Инженерная методика расчета параметров массообмена и срока службы бетона применима на любом этапе эксплуатации железобетонных изделий и конструкций и дает возможность экономически обоснованно назначать средства защиты и устанавливать сроки их использования.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):596-605
596-605
Безопасность строительства и городского хозяйства
Исследование оползневого процесса в условиях сезонномерзлых грунтов (оползневый склон долины р. Воркута)
Аннотация
Введение. В свете последних тенденций таяния многолетнемерзлых толщ состояние криолитозоны отмечается как неустойчивое, поэтому широко распространены такие экзогенные геологические процессы, как оползни.Материалы и методы. Проведен анализ оползневого процесса в долине р. Воркута вблизи территории жилой застройки в условиях сезонномерзлых грунтов. По результатам вертикального электрического зондирования представлен геоэлектрический разрез у бровки оползневого срыва. Осуществлены статистические расчеты по геодезическим данным, трансформация временного ряда смещения оползня к стационарному виду методом детрендирования, корреляционный анализ.Результаты. Определены тренды временных рядов по точкам смещений. Они имели квадратичное распределение. Все исследуемые ряды обладали сильной детерминацией. Проверка компонент на стационарность и распределение по нормальному закону выполнялись по оценке математических ожиданий параметров детрендированных рядов. Краткосрочный прогноз оползневого процесса на один период был дан по критериям стандартной квадратичной модели регрессии, приведен график прогноза. По критерию Колмогорова – Смирнова принята гипотеза об однородности распределения одиночного ряда для климатических параметров за период наблюдений. Коэффициенты корреляции параметров смещения бровки оползневого уступа и некоторых климатических факторов по шкале Чеддока находились в диапазоне от обратной слабой (–0,18) до значительной (0,58) корреляции.Выводы. Представлено два возможных случая развития оползневого процесса: пассивная стадия и выполаживание склона или начало нового цикла. Для установления достоверного прогноза необходимо вести геодезический мониторинг. За период наблюдений отмечено незначительное повышение среднегодовой температуры воздуха. Выявлена тесная взаимосвязь оползневых смещений и среднего значения температуры воздуха месяцев с положительными значениями, Kкор = 0,58. Умеренная связь (Kкор = 0,5) — со среднегодовым количеством осадков. Предложены инженерные рекомендации для стабилизации склона: установка теплоизоляционных экранов на глубину сезонного промерзания грунтов, обустройство дренажных колодцев в теле оползня и в грунтах выше по склону.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):606-617
606-617
Инженерные системы в строительстве
Технология жизнеобеспечения пляжных глэмпингов с использованием возобновляемой энергии морских волн
Аннотация
Введение. В Российской Федерации прогнозируется рост внутреннего туризма по итогам 2023 г. до 30 % в сравнении с итогами 2022 г. При этом одним из трендов последних лет стал экологический туризм в зонах, как правило, с неразвитой инженерной инфраструктурой.Материалы и методы. Для решения проблем жизнеобеспечения объектов временного размещения (глэмпингов) предлагается техническое решение по преобразованию гидравлической волновой энергии в прибрежной полосе морских акваторий РФ. Цель исследования — технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии жизнеобеспечения на основе возобновляемой волновой энергии для предоставления коммунальных ресурсов, в том числе пресной воды, объектов некапитального размещения (пляжных глэмпингов). Применялись методы численных исследований с использованием статистической информации данных и сведений многолетних наблюдений, поиск отечественных и зарубежных источников с анализом и сопоставлением содержащихся данных.Результаты. Представлены расчеты производительности по пресной воде с учетом неравномерности волновых характеристик (высот, периодов) в течение года на примере акваторий Черного и Японского морей. Установлено, что даже с учетом неравномерности волновых характеристик прибрежная полоса Черного моря является коммерчески значимой территорией для внедрения. Прибрежная полоса Японского моря — перспективная территория в случае сезонной эксплуатации объектов с предлагаемой технологией. Определен срок окупаемости технологии при эксплуатации на черноморском побережье.Выводы. Предлагаемый насос-компрессор способен заменить энергопотребляющее оборудование обратноосмотических установок — насосы высокого давления для подачи морской воды на мембраны. Использование технологии на замерзающих морях целесообразно при некруглогодичном режиме работы. Срок окупаемости в зависимости от стоимости электроэнергии не превышает двух лет без учета сопутствующей снимаемой полезной пневматической мощности.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):618-630
618-630
Учет влияния неоднородностей в стеновой панели на величину сопротивления теплопередаче
Аннотация
Введение. Современные требования по повышению энергетической эффективности жизнедеятельности и снижению энергопотребления зданий в целом диктуют разработку новых конструкций, имеющих одновременно высокие теплозащитные и прочностные характеристики. К числу конструкций такого типа относятся многослойные стеновые панели с заполнителем из различных высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Проведен анализ эффективности принятых решений по использованию минераловатных заполнителей в двухслойной стеновой панели при различной толщине слоя наружного утеплителя.Материалы и методы. Использованы действующие нормативные документы в части обеспечения тепловой защиты ограждающих конструкций. Расчеты проводились с помощью численного моделирования в среде программного комплекса (ПК) COMSOL Multiphysics, а также инженерно-аналитическим методом расчета, представленным в нормативной литературе.Результаты. Рассмотрены варианты устройства фасадной стены с различными толщинами слоя наружного утеплителя в сочетании с двухслойной стеновой панелью. Путем численного моделирования установлен характер распределения температур по толщине рассматриваемой конструкции стеновой панели. Выполнен анализ влияния неоднородных теплотехнических включений на эквивалентное сопротивление теплопередаче двухслойной стеновой панели.Выводы. Результаты проведенного инженерно-аналитического расчета эквивалентного сопротивления теплопередаче двухслойной стеновой панели, а также численного моделирования в среде ПК COMSOL Multiphysics позволяют получить уточненную величину сопротивления теплопередачи двухслойной стеновой панели, что способствует определению минимальной толщины слоя наружного утеплителя в зависимости от климатической зоны строительства. Применение заполнителей из минераловатных плит в конструкции двухслойных стеновых панелей увеличивает эквивалентное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Приведен пример расчета эквивалентного сопротивления теплопередаче двухслойной стеновой панели, позволяющей более точно определить минимальную толщину слоя наружного утеплителя. Предлагаемая методика расчета дает возможность существенно снизить затраты на единицу площади стеновой панели при организации утепления фасада жилого здания.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):631-644
631-644
Технология и организация строительства. Экономика и управление в строительстве
Стратегические направления и предпосылки развития интегрированных структур инвестиционно-строительной деятельности
Аннотация
Введение. В условиях высокой динамики изменений внешней среды ключевой проблематикой управления интегрированными структурами инвестиционно-строительной деятельности (ИСД) является выработка эффективных решений в области стратегического развития и долгосрочной оптимизации. В рамках исследования данной актуальной проблематики целесообразно рассмотрение направлений стратегического развития интегрированных структур на основе применения сценарно-факторного анализа.Материалы и методы. Экономическое моделирование целевой функции стратегического развития интегрированной структуры ИСД, формализуемой в различных показателях в зависимости от стратегических приоритетов и бизнес-модели организации, выполняется на основе использования инструментария факторного и регрессионного анализа на базе экспертных оценок и репрезентативной статистической выборки за прошедшие периоды на базе данных о практике функционирования крупных интегрированных структур ИСД.Результаты. Основные результаты исследования включают систематизацию альтернативных подходов к повышению эффективности функционирования интегрированных структур ИСД, применяемых в рамках разработки и реализации задач стратегического управления их развитием, авторскую классификацию факторного пространства стратегического развития интегрированных структур ИСД и сценариев развития инвестиционно-строительных объединений предприятий на основе системы критериев и соответствующих им типовых ситуаций, формализованную функциональную модель целевого показателя уровня стратегического развития интегрированной структуры ИСД.Выводы. Результаты проведенного сценарно-факторного анализа и разработки целевой функциональной модели формируют научно-методическую основу и предпосылки для разработки и использования подходов к моделированию стратегического развития интегрированных структур ИСД. Дальнейшее научное исследование в рассматриваемой предметной области может выполняться по целому ряду направлений, приоритетным из которых предста-вляется разработка и обоснование методологических подходов и инструментария формирования производственных программ стратегического развития на основе синхронизации инвестиционного и производственного потенциалов в рамках бизнес-моделей ИСД.
Вестник МГСУ. 2024;19(4):645-655
645-655