Том 19, № 5 (2024)
Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация
Освоение «не-мест» средствами проектирования малых архитектурных форм из металла
Аннотация
Введение. Целью является изучение основных культурологических подходов к процессу проектирования малых архитектурных форм из металла.Материалы и методы. Обусловлены поставленными целью и задачами. Использованы методы компаративного (диахронного и синхронного) анализа, различные методики наблюдения современных процессов и феноменов культуры. Проанализировано значительное число эмпирических данных, в том числе работы современных художников по металлу.Результаты. Осмысление культурологических процессов и явлений позволит развивать современное проектирование малых архитектурных форм (МАФ) из металла, использовать идеи статьи в учебном и творческом процессе. Художественный металл, одно из его трех основных направлений — архитектурный металл, МАФ занимают важное место в формировании единого ценностно-смыслового архитектурного пейзажа современного города. Избыточность пространства и времени, свойственная нашему настоящему, приводит к увеличению количества «не-мест» (где нет места индивидууму) в городском ландшафте. Пространство «не-места» не определимо — ни через идентичность, ни через коммуникации, ни через исторические параллели. Художественно (смыслово) освоить «не-места», превратить их в «места» силы, наполнить значением пейзаж помогают МАФ. Освоение «не-мест» средствами проектирования МАФ из металла становится важной задачей для современного автора.Выводы. Дальнейшее развитие проектирования МАФ в XXI в., как и культуры в целом, связано с возрастающей мобильностью, выстроенной системой коммуникаций и развитым информационным полем.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):677-684
677-684
Фиторемедиационный потенциал озелененных территорий в городе
Аннотация
Введение. Отклонение от средних температур в настоящее время составляет 1,5 °C. Если изменение климата продолжится и из-за антропогенного влияния температура воздуха поднимется до 3–4 °C, то аномально высокие тепловые волны будут возникать почти каждый год, принося с собой интенсивные медленно движущиеся ливни. Проведен обзор более 15 мировых программ по внедрению зеленой инфраструктуры в городах с момента появления этого термина в 1970-х годах и до настоящего момента. Все они имеют общие долгосрочные цели, совпадающие с рекомендациями Всемирной метеорологической организации и Управления Организации Объединенных Наций по снижению риска бедствий.Материалы и методы. Авторы продолжают подробно исследовать перекресток Ленинского проспекта и улиц Лобачевского и Обручева в Москве. Кадастровая неустроенность территории исследования и создание особо охраняемой природной территории (ООПТ) «Ландшафтный заказник “Лес на реке Самородинке”» в 2020 г. создают дополнительные возможности для сбора ливневой воды и внедрения фиторемедиационных технологий.Результаты. Выполнен анализ состояния ООПТ, прилегающей к территории исследования, отмечены растения, находящиеся под угрозой исчезновения и занесенные в Красную книгу. Приведен примерный перечень растений для использования в фиторемедиационных сооружениях.Выводы. Необходимо использовать озелененные территории в городе для раскрытия фиторемедиационного потенциала. Правильно подобранные растения, устойчивые в городской среде, помогут оздоровить существующий природный ресурс, повысить узнаваемость городской среды и добавить в постоянное пользование новые социокультурные сценарии для жителей.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):685-712
685-712
Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения
Прогнозирование аэродинамических коэффициентов на закручивающиеся формообразующие зданий и сооружений на базе машинного обучения и CFD-моделирования
Аннотация
Введение. Проведены исследования по применению машинного обучения с целью прогнозирования аэродинамических коэффициентов на закручивающиеся формообразующие зданий и сооружений. Для обучения использовались данные аэродинамических продувок на базе численного моделирования в ANSYS CFX. Оценивалось качество прогнозов различных моделей машинного обучения по сравнению с численным моделированием. Сделаны выводы, относящиеся к использованию моделей машинного обучения для определения ветровых нагрузок на здания и сооружения.Материалы и методы. Для анализа полученных результатов и разработки модели машинного обучения применялись язык программирования Python и библиотеки: Pandas, NumPy, Scikit-learn и Matplotlib. Рассматривались четыре метода машинного обучения: линейная регрессия, решающее дерево, метод k-ближайших соседей, случайный лес. Для формирования обучающих данных использовались аэродинамические продувки на основе методов численного моделирования в ANSYS CFX. Точность различных моделей машинного обучения в прогнозировании аэродинамических коэффициентов оценивалась на основе статистической меры соответствия R-квадрат.Результаты. Составлена база из 217 численных решений для различных углов закручивания формообразующей здания. Эти результаты включают распределение аэродинамических коэффициентов давления по поверхности здания, а также аэродинамические коэффициенты сил и моментов (Cx, Cy, CMz) в зависимости от высоты. Данные использовались для обучения четырех моделей машинного обучения. Для лучшей модели машинного обучения (случайный лес) проведена верификация модели в сравнении с результатами численного моделирования.Выводы. Исследованы различные модели машинного обучения для прогнозирования аэродинамических коэффициентов на здания и сооружения. Сделаны выводы о применимости методов машинного обучения в качестве альтернативного подхода к определению ветровых нагрузок.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):713-728
713-728
Численное и экспериментальное исследование поведения защитного сооружения при ударном воздействии
Аннотация
Введение. В связи с постоянно существующими угрозами умышленного повреждения инфраструктуры критически важных объектов с применением автотранспортных средств становится актуальной и представляет практический интерес задача по разработке и исследованию защитных сооружений, направленных на предотвращение такого рода ущерба. Обосновано применение стальных канатов в качестве основных несущих элементов подобных сооружений.Материалы и методы. Проведено с помощью предложенного численного алгоритма определение минимально допустимой площади поперечного сечения стальных канатов исходя из требований, предъявляемых к защитному сооружению по стойкости к ударному воздействию, вызванному наездом автомобиля с заданной массой и скоростью движения. В основу разработанного метода положено математическое моделирование задачи условной оптимизации. В качестве целевой функции выступала функция продольного усилия, возникающего в стальных канатах. Вместе с тем предъявлялись требования по соблюдению условий сохранения энергии и неразрывности деформаций, а также ограничения прочности. Выполнен поверочный расчет проектируемого защитного сооружения в коммерческом программном комплексе, реализованном на общепризнанном методе конечных элементов. Представлена методика осуществления натурного эксперимента. Проведен полномасштабный натурный эксперимент с целью определения истинного распределения деформаций по конструктивным элементам объекта испытания при ударном воздействии.Результаты. Представлены результаты экспериментального исследования. Выполнен сравнительный анализ данных, полученных в процессе численного и компьютерного моделирования, а также в ходе проведения натурного испытания. Установлено незначительное расхождение в значениях контролируемых параметров, полученных разными методами.Выводы. Предложенный численный алгоритм по поиску минимально допустимой площади поперечного сечения стальных канатов, исходя из требования заданной прочности, подтвердил свою надежность, а принятые конструктивные решения разработанного защитного сооружения свою обоснованность. Результаты исследования могут найти применение при проектировании подобных инженерных сооружений, предназначенных для физической защиты особо важных объектов.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):729-739
729-739
Опыт применения Еврокодов при проектировании стальных конструкций в Республике Беларусь
Аннотация
Введение. Республика Беларусь — одна из первых стран на территории СНГ, которая ввела в действие на своей территории европейские нормы проектирования (Еврокоды), сохранив при этом действие строительных норм, разработанных на основе советских СНиПов. В республике накоплен значительный опыт применения и сравнительного анализа этих двух систем нормирования. Актуальность исследования заключается в обнаружении наиболее отличительных особенностей нормативных документов, на основании которых можно определить дальнейшие направления научных исследований и совершенствования отечественных норм.Материалы и методы. Применены сравнительный анализ и сравнение требований Еврокодов и отечественных нормативных документов (СП 16.13330) в области проектирования стальных конструкций. Результаты сравнительного анализа систематизированы и схематизированы в табличном виде. Анализ подкреплен обобщением практического опыта применения в практике проектирования и строительства стальных конструкций, запроектированных согласно требованиям Еврокодов на территории Республики Беларусь. Сопоставлены параметры конструкционной надежности, в том числе выполнен критический анализ значений частных коэффициентов, классификации сечений, особенности конструирования и расчета сварных и болтовых соединений, бесфасоночных узлов из прямоугольных труб.Результаты. Представлены результаты обобщения опыта применения и сравнительного анализа Еврокода по отношению к СП применительно к проектированию стальных конструкций. Приведен анализ учета частных коэффициентов и классификации поперечных сечений, сравнение конструирования сварных и болтовых соединений, бесфасоночных узлов из прямоугольных труб.Выводы. Методологические подходы к проверкам предельных состояний и обеспечению надежности стальных конструкций в СП и Еврокодах носят очень близкий характер, однако существуют различия в значениях и наборах частных коэффициентов. При проектировании стальных конструкций по Еврокоду из сталей по ГОСТ 27772 методы классификации поперечных сечений прокатных профилей, выпускаемых по ГОСТ или ТУ, нуждаются в корректировке. Еврокод 3 предоставляет больше возможностей при проектировании сварных и болтовых соединений по конструированию бесфасоночных узлов.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):740-751
740-751
Расчет фибробетонного блока в составе локально усиленных узлов ферм из гнутосварных профилей
Аннотация
Введение. Приведено аналитическое и численное исследование узлов ферм из гнутосварных профилей (ГСП) с локальным заполнением из фибробетона (ФБ). Выполнен анализ численного расчета фибробетонного элемента как балки на упругом основании в качестве локального усиления узлов ферм из ГСП под действием сосредоточенной нагрузки от примыкающего раскоса. Несущая способность узла с непосредственным примыканием раскосов к поясам ферм из ГСП практически полностью определяется геометрией и физико-механическими характеристиками элементов ферм.Материалы и методы. Применяется метод исследования, основанный на численном моделировании локального усиления узла ФБ. Материалы для узлов: пояс и раскосы узла — сталь марки С345 и С255, соответственно по ГОСТ 27772–2015 с расчетным сопротивлением 340 и 240 МПа, локальное заполнение — ФБ с модулем упругости не ниже 27 000 МПа и расчетным сопротивлением сжатию Rb = 11,5 МПа.Результаты. Получены уравнения, на основе которых можно анализировать коэффициент податливости основания фибробетонного блока как балки на упругом основании. Разработаны уравнения, на основе которых можно проанализировать коэффициент относительной изгибной жесткости для установления коэффициента податливости основания блока, предложена методика расчета фибробетонного блока на основе теории балки на упругом основании.Выводы. Значимость полученных результатов для строительной отрасли состоит в том, что рассмотрены возможные подходы к определению разных методов расчета фибробетонного блока в составе усиленных узлов ферм из ГСП, что позволит снизить металлоемкость и деформативность. Результаты, полученные при численных исследованиях коэффициента податливости основания фибробетонного блока, а также с использованием программного пакета АNSYS показали, что они близки к результатам расчета коэффициента жесткости фибробетонного блока.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):752-762
752-762
Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности
Аннотация
Введение. Пространственные стержневые металлические конструкции высокого уровня ответственности являются одними из наиболее часто используемых в качестве конструктивных систем для перекрытия больших пролетов зданий и сооружений. Однако в данных системах при неблагоприятном сочетании факторов может активно развиваться прогрессирующее разрушение. Цель исследования — разработка научного обоснования новых подходов к проектированию устойчивых к развитию прогрессирующего обрушения оптимальных пространственных строительных металлоконструкций высокого уровня ответственности с гарантированными уровнями надежности ключевых и второстепенных элементов.Материалы и методы. Применялись методы строительной механики в форме метода конечных элементов, методы теории подобия, методы теории надежности строительных конструкций.Результаты. Разработан двухэтапный алгоритм оценки надежности, отличающийся от ранее разработанных возможностью оценки развития прогрессирующего обрушения. Приведены результаты его апробации для рамно-консольных конструкций покрытий над трибунами стадионов в виде установленных значений показателей надежности для набора ключевых элементов. Аналогичная оценка выполнена для реализованного проекта реконструкции большепролетного покрытия спорткомплекса «Ильичевец» (г. Мариуполь).Выводы. Для оценки надежности исследуемых конструкций с учетом склонности к развитию прогрессирующего обрушения предложен и апробирован в практическом проектировании универсальный алгоритм, ключевыми составляющими которого являются компьютерное моделирование процесса последовательных отказов элементов конструкции и установление для выделенной совокупности ключевых элементов значений вероятности отказа. Выполненные на его основе исследования позволили для рамно-консольных покрытий над трибунами стадионов выделить набор ключевых элементов консольной части, отказ которых инициирует начало лавинообразного обрушения, и установить для них пределы изменения величин характеристик безопасности и резерва живучести. Дополнительно основные положения разработанного подхода прошли опытную апробацию при разработке и реализации проекта усиления большепролетных несущих конструкций покрытия спорткомплекса «Ильичевец» (г. Мариуполь).
Вестник МГСУ. 2024;19(5):763-777
763-777
Строительное материаловедение
Факторы, влияющие на эффективность самоочищения строительных материалов с фотокаталитически активными компонентами
Аннотация
Введение. Рассматривается использование строительных материалов с фотокаталитически активными добавками как перспективное решение экологических и экономических проблем городской среды. В области строительного материаловедения определена необходимость изучения микроструктуры самоочищающихся строительных материалов и влияния примесей на эффективность самоочищения материалов с фотокаталитически активными добавками.Материалы и методы. Использовали красный гипс (отход производства с фотокаталитически активными примесями), цемент, строительный гипс, микрокремнезем, синтезированную фотокаталитически активную добавку оксид титана – оксид кремния, пигменты на основе железа. Изготовлены образцы-таблетки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) с различными фотокаталитически активными компонентами: добавкой-фотокатализатором, пигментами, а также примесные фотокаталитически активные оксиды. Методом электронной растровой микроскопии исследована микроструктура образцов, распределение элементов титана и железа. Эффективность самоочищения определяли по изменению контактного угла капли воды на поверхности, покрытой олеиновой кислотой.Результаты. Определена эффективность самоочищения образцов с добавленными и примесными фотокаталитически активными компонентами — оксидами титана и железа. Выявлено влияние добавленных примесей на структуру материала, также влияние вида и концентрации примесей на эффективность самоочищения.Выводы. Добавка-фотокатализатор оксид титана в концентрации 4,4 % обеспечивает высокую эффективность самоочищения, равномерно распределяется в объеме материала, не влияя на структуру формирующегося камня вяжущего. Пигмент (оксид железа (III)) обеспечивает достаточную эффективность самоочищения при концентрации 2–9 %, при концентрациях более 2 % распределяется неравномерно, обеспечивает малый прирост показателей эффективности самоочищения. При совместном введении оксидов титана и железа наблюдается ухудшение самоочищения из-за высокой степени рекомбинации пар электрон – дырка. Красный гипс с примесными оксидами титана и железа показал достаточно высокую эффективность самоочищения, имеет равномерное распределение примесей, которые не оказывают явного влияния на структуру материала.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):778-788
778-788
Гидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительство
Несущая способность и осадки глинистых оснований при блочных циклических нагружениях
Аннотация
Введение. Имеющиеся методики оценки несущей способности по деформациям оснований в основном учитывают единичные статические нагрузки небольшой длительности или циклические нагрузки с неизменными значениями на протяжении всего периода эксплуатации. Практически не изучено влияние нестационарных циклических нагрузок на поведение грунтов глинистого основания. Исследования выполнены для разработки метода расчета осадки несущей способности глинистых оснований при блочных циклических нагружениях.Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования глинистых оснований в устройствах трехосного сжатия кубической и призматической формы и лотковых испытаний, а также теоретические исследования по определению осадки и несущей способности глинистых оснований при воздействии различных режимов нагружения.Результаты. На основе существующего расчета базовой несущей способности и осадков, а также изучения поведения глинистого грунта при циклических нагрузках получено уравнение в компактной форме, которое позволяет учитывать характеристики деформации глинистого грунта, значительно снижая сложность и точность расчета. Используемая разработка методов расчета несущей способности и осадки глинистых оснований при блочных циклических нагрузках находится на достаточно высоком уровне.Выводы. Предложен новый подход к оценке несущей способности глинистых оснований при блочных циклических нагрузках, разработан инженерный метод расчета осадок глинистых оснований. Этот метод основан на использовании метода послойного суммирования и учитывает изменение пространственного напряженно-деформированного состояния и механических свойств грунтов в процессе блочного циклического нагружения.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):789-799
789-799
Сравнение методов расчета гидравлических характеристик потока в безнапорных трубопроводах
Аннотация
Введение. Рассмотрены три метода расчета гидравлических характеристик потока в безнапорных трубопроводах: экспериментальный, традиционный и с использованием программного обеспечения SewerCAD. Сегодня возможно дальнейшее развитие гидравлических методов расчета турбулентных течений в безнапорных трубопроводах благодаря новым способам измерения и эффективным программным продуктам. Для повышения точности гидравлических расчетов (ГР) необходимо проведение экспериментальных исследований. Цель исследования — определить гидравлические характеристики потока в безнапорных трубопроводах тремя методами и найти взаимосвязь между ними. В ходе выполнения ГР трубопроводов, обеспечивающих подачу воды на большие расстояния, следует предъявлять повышенные требования к точности конечных результатов, так как это связано с мониторингом аварийных ситуаций. При безнапорном движении жидкости движущей силой, определяющей скорость потока, является составляющая силы тяжести, направленная вдоль потока. До настоящего времени широко применяется формула, устанавливающая среднюю скорость равномерного течения в безнапорном трубопроводе, предложенная А. Шези. Определены зависимости наполнения трубы от средней скорости потока при различных уклонах. Проведено сравнение средних скоростей, полученных в результате экспериментальных исследований и расчетным путем с помощью программы SewerCAD. Правомерность практического использования предложенной методики подтверждается результатами обработки экспериментальных данных как авторами, так и другими исследователями.Материалы и методы. Применены методы расчета турбулентных течений в безнапорных трубопроводах с помощью экспериментальных данных, традиционных методов и компьютерных технологий, что повышает точность расчетных параметров потока, надежность работы трубопроводной системы.Результаты. Представлены результаты эксперимента, программы SewerCAD и традиционного метода расчета скорости при различных расходах для безнапорных труб из полиэтилена диаметром 100 мм при наполнении трубопровода от 0,1 до 0,8.Выводы. Проведены лабораторные исследования по определению гидравлических характеристик потока полиэтиленового трубопровода диаметром 100 мм. Получены соответствующие зависимости для средней скорости между результатами эксперимента и программой SeweCAD для безнапорной системы.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):800-810
800-810
Технология и организация строительства. Экономика и управление в строительстве
Организационно-экономические аспекты ремонта жилых домов с декоративными элементами на крыше
Аннотация
Введение. Рассматривается проблема сохранения декоративных элементов на крышах жилых многоквартирных домов (МКД). Отмечается историческая и архитектурная ценность таких конструкций в создании облика города. Проводится анализ текущего технического состояния декоративных элементов крыш на примере отдельных МКД в Самаре и на основе комплексного анализа даются рекомендации по их дальнейшей эксплуатации. Проблематика исследуется на примере города Самара и, соответственно, основывается на практической базе указанного города. Вместе с тем поставленные в статье вопросы и предложения актуальны и могут быть распространены на жилую застройку большинства российских городов. Это обусловлено тем, что организационно-правовое поле данной проблемы устанавливается на уровне федерального законодательства, а в регионах получает свое развитие только в форме не самых существенных особенностей.Материалы и методы. При разработке настоящей проблематики применен комплекс общепринятых научно-исследовательских методов — наблюдение, сравнение, измерение, абстрагирование — в адаптации к объекту и предмету изучения. Исследование опирается на материалы и результаты собственных авторских исследований в отношении технических, стоимостных и нормативно-правовых параметров ремонта декоративных элементов плоских крыш многоэтажных МКД, выполненных по типовому и индивидуальному проекту в городе Самара.Результаты. Проанализирована нормативно-правовая база, действующая в отношении капитального ремонта общего имущества МКД. Выявлены дефекты и проблемы — коррозия металлических конструкций, разрушение деревянных элементов. Оценивается влияние демонтажа конструкций на внешний вид зданий. Дается сравнительная оценка стоимости ремонта и восстановления элементов крыш. Анализируется действующая нормативно-правовая база проведения капитального ремонта в МКД. Отмечается отсутствие четкого регулирования финансирования работ по ремонту рассматриваемых конструкций крыш. Определяется сметная стоимость капитального ремонта дополнительных элементов крыш по альтернативным вариантам его производства. Делается вывод о необходимости комплексного подхода с учетом технического состояния, финансовых возможностей и правового регулирования для решения обозначенной проблемы.Выводы. Внесены предложения по совершенствованию нормативно-методического и нормативно-технического механизмов для обеспечения сохранности ценных в историко-архитектурном плане элементов крыш и безопасной эксплуатации МКД в Самаре.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):811-825
811-825
Использование инструмента бережливого производства в управлении поставками материалов в течение жизненного цикла строительного проекта
Аннотация
Введение. При выборе контрактной модели Engineering, Procurement, Construction (EPC) жизненным циклом (ЖЦ) строительных проектов управляет специализированная организация-контрактор. Данная форма управления строительными проектами является относительно новой для российских застройщиков, ее успешная реализация зависит от различных организационно-технических решений, в частности управления материально-техническим снабжением. Проблематика исследования связана с существующими рисками организации поставок материально-технических ресурсов при реализации строительных проектов по модели EPC, которые оказывают негативное влияние на важнейшие показатели эффективности строительства, такие как сроки и стоимость. Описаны стратегии предотвращения рисковых событий, наступающих при планировании поставок материально-технических ресурсов в течение ЖЦ строительных проектов (риски изменения цены, риски нарушения контрактных обязательств, риски изменения качества поставки, репутационные риски и риски существенного изменения спроса). Решены задачи по митигации рисков с помощью применения инструментов бережливого производства.Материалы и методы. Использованы методология и стандарты управления проектами применительно к процессам материально-технического обеспечения строительства, а также методы календарно-сетевого планирования, методы декомпозиции содержания проекта, методы контрактной стратегии реализации строительных проектов и элементы методологии пакетно-узлового метода строительства.Результаты. Описаны результаты исследования и даны рекомендации по практическому использованию инструмента гибкой методологии управления проектами, известному в международной практике как Just In Time, что в переводе на русский язык означает «Точно, вовремя».Выводы. Представлено обоснование использования предлагаемого инструмента планирования как мероприятие для снижения рисков, связанных с поставками материалов, и повышения эффективности управления ЖЦ строительных проектов.
Вестник МГСУ. 2024;19(5):826-835
826-835