CC BY
78Анализ оценки стоимости строительства в экстремальных климатических условиях
Мажанская Елизавета Владимировна,
магистрант кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»,
Калинина Дарья Александровна
студент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Беккер Мария Станиславовна
студент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Серебренникова Софья Андреевна
студент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»,
Полегенько Анастасия Валерьевна
студент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Строительство объектов в Российской Федерации, большая часть которой находится в северных широтах, часто приходится осуществлять в экстремальных климатических условиях, к которым следует отнести низкий температурный режим, высокие ветровые нагрузки и морское побережье с высокой влажностью воздуха.
По воздействию на человека повышение скорости ветра на 1 м/сек при морозе условно соответствует понижению температуры воздуха на 2 °С. Несмотря на относительное количество снеговых осадков, многие районы этой зоны отличаются значительной снегозаносимостью, а повторяющиеся ветры переносят снег с больших площадей и откладывают его в понижениях рельефа, тем самым нарушая транспортное сообщение. Характерной особенностью северных районов являются веч-номерзлые грунты.
В Арктических районах возводят промышленные и гражданские здания, которые уместно разделить на наземные, подземные и подводные.
В статье проанализированы вопросы относительно обоснованности строительства зданий и сооружений в условиях российского Севера, а также особенности организации работ и строительных материалов при возведении зданий и сооружений в экстремальных климатических условиях. Были изучены особенности влияния климата на качество и основные свойства строительных материалов, технологии организации строительства.
Акцентировано внимание на усложнение строительства и увеличение его стоимости в связи с погодными условиями, фрагментацией и плохим развитием транспортных связей. Представлен прогноз поведения почв во время строительства и последующей эксплуатации здания. Обосновано решение по увеличению расхода воды и теплоизоляционных материалов при строительстве зданий.
Ключевые слова: строительство, здания, сооружения, суровые условия, затраты на строительство, стоимость, расходы.
В течение последних семи лет, с 2013 года, в арктическом регионе внедряются новые архитектурные решения, которые обусловлены военно-стратегической политикой РФ по развитию и восстановлению инфраструктуры арктических морских портов и северного морского пути.
Развитие комплекса решений, учитывающих особенности экстремальных условий, происходит в военной сфере. Активные работы по освоению и восстановлению ведутся в шести зонах:
1. Остров Земля Александры, входящий в архипелаг Земля Франца-Иосифа.
2. Поселок Рогачево, расположенный на архипелаге Новая Земля.
3. Остров Средний, входящий в архипелаг Северная Земля.
4. Мыс Шмидта и остров Врангеля, расположенные в Чукотском АО,
5. Остров Котельный, входящий в состав архипелага Новосибирских островов.
На перечисленных территориях проводятся мероприятия по возведению социальной инфраструктуры, аэродромов и обслуживающих их объектов, а также автономных жилых комплексов. По состоянию на 2020 год введено в эксплуатацию 435 объектов.
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью строительства в суровых условиях российского Севера. При написании статьи были использованы труды отечественных авторов, это в частности: Н.А. Анискина, Т.О. Алёшиной, А.Н. Белова, а также В.Л. Купермана, С.В. Соболь, В И. Теличенко и других.
Высокий уровень сложности организации строительных работ, в частности на севере России, в Арктике, обусловлен агрессивной внешней средой, экстремальными температурами (особенно в зимний период), работа грунтов затруднена из-за вечной мерзлоты.
Вечная мерзлота оказывает крайне негативное воздействие на процесс закладки глубоких фундаментов, труб, подвальных панелей, свай. На разрушение таких объектов влияет их насыщение в подземных водах с их циркуляцией снизу вверх. Кроме того, разрушительное воздействие оказывает гидростатическое давление, морские, речные и озёрные воды, рядом с которыми строится строительный объект. Всё это, несомненно, влияет на повышение стоимости строительства. Поэтому строительство в таких районах является достаточно дорогостоящим.
Необходимо отметить, что России принадлежат большие северные территории - Арктическая область Российской Федерации покрывает приблизительно 9 миллионов км2, на территории которой проживают 2,5 миллиона человек, что составляет менее 2 % населения страны и приблизительно 40 % всего населения Арктики в мире. Кроме того, этот далёкий край, как, например, Таймырский полуостров, который является самой северной точкой Евразийского континента,
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м о
о см о см
со
о ш т
X
<
т о х
X
успешно освоен человеком. Дело в том, что там есть залежи нефти, а в Арктической зоне создаётся около 15 % валового внутреннего продукта нашей страны, поставляется около четверти российского экспорта.
Следует подчеркнуть, что мощный промышленный слой был создан в арктической зоне Российской Федерации, и масштабы экономической активности на этой территории намного превышают масштабы других полярных стран. Доля добавленной стоимости в добывающих отраслях и бизнесе здесь огромна - это 60 %. К примеру, в Норвегии, Гренландии, Швеции, Исландии, Финляндии - не более 15 %; а на Аляске и в канадской Арктике - около 30 %, то есть, две трети всего богатства Арктики создаётся в России. [9, 50-52]
Арктическая зона характеризуется крайне тяжёлыми условиями для человека, экстремальными условиями окружающей среды:
- низкие температуры в течение года, длинные полярная ночь и день;
- частые магнитные бури, сильные ветры и метели, густые туманы, монотонные арктические пустыни и тундра, вечная мерзлота;
- высокая, значительно быстрее, чем в среднем в мире, динамика изменения климата в последние десятилетия.
Экстремальный характер усиливается негативными последствиями социально-экономических факторов -недоступностью транспорта, автомобили просто замерзают, высокими издержками производства и прожиточного минимума, неразвитой экономикой и тенденциями к её монополизации, изоляции и расселению населения.
Доля транспортных расходов в конечной стоимости продукции в арктической зоне достигает 60 % (тогда как в среднем по стране этот показатель достигает только 10 %). Средства к существованию людей и экономическая активность зависят главным образом от поставок топлива, продуктов питания и промышленных товаров по Северному морскому пути в течение ограниченного периода полярной навигации. Экстремальный характер окружающей среды приводит к необходимости повсюду в арктических городах создавать местные системы отопления и страхования людей.
Регион вечной мерзлоты занимает две трети площади нашей страны. Там работают комбинаты, шахты и карьеры, проложены дороги, построены порты и аэродромы. Целые города стоят на вечном льду, в котором строительство каждого дома можно считать весьма непростым и дорогостоящим проектом.
Строить дом на ледяной оболочке, которая постоянно меняет свою структуру, очень сложно. Рыхлые почвы - песчаник, галька и глины в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Возводимые на них конструкции нагревают землю, и она теряет прочность, начинает оттаивать и двигаться. Известны случаи разрушения плохо построенных читинских домов. Случаются, при плохом утеплении дома были полностью заморожены с земли. Поэтому можно строить фундамент зданий на вечной мерзлоте только путём принятия специальных мер для поддержания постоянной температуры грунта. [6, 30]
Сооружение фундаментов должно сопровождаться инженерно-геокриологическими исследованиями, чтобы адекватно прогнозировать поведение почвы во время строительства и последующей эксплуатации здания. После инженерных изысканий проводятся рас-
чёты теплового режима почв, и определяется тип фундамента. [8, 111-118]
Существует два принципа, на которых основано использование вечной мерзлоты в качестве основы зданий: либо стремиться сохранить почву вечной мерзлоты в её естественном состоянии (наиболее популярное и наименее дорогостоящее решение), либо разработать строение с надеждой, что основание дома будет в оттаявшем (оттаявшем) состоянии. Конкретный выбор делается при сравнении технико-экономических расчётов и эффективности принимаемых решений.
Если первый вариант направлен на поддержание мёрзлого состояния почвы и в соответствии с этим принципом, они стремятся поддерживать вечную мерзлоту в её первоначальном состоянии не только во время процесса строительства, но и во время его последующей эксплуатации. Этот принцип применяется в ситуациях, когда сохранение мёрзлой почвы в её первоначальном состоянии экономически целесообразно. Лучший способ построить фундамент на песчаном грунте, который не относится к категории пластично-замороженных. Для этих последних случаев предпринимаются дополнительные меры для снижения температуры основания до расчётных значений, а также в расчётах фундамента учитываются возможные пластические деформации основания под нагрузкой. [4, 12-15]
Согласно первому принципу, фундамент в виде сваи или колонны в основном закладывается в мерзлоту. Но могут быть и другие решения, например, ленточный фундамент. Единственным условием является предотвращение изменения свойств верхнего слоя почвы под воздействием тепла работающей установки. Для этого подвал делается холодным, вентилируется воздухом в канализации или в подвале дома, при этом можно сделать сплошной слой теплоизоляции с хорошими теплоизоляционными свойствами под всем зданием, что позволит сохранить пол в его естественном состоянии.
При строительстве фундамента на вечной мерзлоте важно правильно определить глубину его фундамента. Для разных типов конструкций его значение определяется отдельно:
1.Для свайных фундаментов глубина укладки должна быть как минимум на 2 м больше, чем толщина слоя почвы, который оттаивает и замерзает сезонно. Расчёт сделан на то, что слой вечной мерзлоты обеспечит требуемое значение прочности на сжатие.
2.Для всех других типов фундаментов глубина их укладки фиксируется на 1 м больше, чем толщина сезонного оттаивания грунта.
3.Если строительство здания планируется на сыпучих почвах с установленными характеристиками, то значение глубины укладки фундамента не нормируется и определяется в соответствии с условиями строительства. [2, 23-26]
Таким образом, второй принцип допускает последующее оттаивание почвы, когда она используется реже и, как правило, при условии, что почва на строительной площадке не поднимается и не опадает, когда изменяются температурные условия, то деформации не превышают предельно допустимых значений. В этом случае он либо размораживается до возведения фундамента, либо производятся все необходимые расчёты, и предполагается, что основание растает во время эксплуатации здания.
Построение фундамента зданий по второму принципу состоит в расчёте глубины его основания с полной
оценкой толщины сезонного мёрзлого грунта, уровня грунтовых вод - все это со ссылкой на зону оттаивания, которая будет формироваться при последующей эксплуатации конструкции. [10, 446]
Выполняя технологические работы, увеличивается расход воды на орошение и дополнительный расход теплоизоляционных материалов. Холодный климат также оказывает существенное влияние на строительные работы. Сегодня разведка запасов природного газа и нефти ведётся в северных регионах России, поэтому освоение этих территорий сегодня должно сопровождаться большими объёмами строительно-монтажных работ в короткие сроки. [5, 303]
Усложнение строительства и увеличение его стоимости связаны со сложными погодными условиями, фрагментацией и плохим развитием транспортных связей. Кроме того, строительная отрасль в данном регионе требует больших высококачественных заполнителей для производства твёрдого и прочного бетона. При доставке из других регионов транспортные расходы значительно возрастают и, как следствие, увеличивается стоимость бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Мелкие кварцевые пески, широко распространённые на указанной территории, в соответствии с действующими стандартами, не могут быть использованы для приготовления бетона; в результате довольно трудно получить твёрдый и прочный бетон с использованием традиционных технологических методов в таких суровых условиях. [3, 65-71]
В заключение следует отметить, что строительство зданий и сооружений часто должно осуществляться в экстремальных климатических условиях, которые включают низкие температуры наружного воздуха или же, наоборот, жаркий климат, районы с сильной ветровой нагрузкой и морское побережье с высокой влажностью, то надо понимать, что это будет дороже, чем строительство обычного здания. Основной проблемой является обезвоживание строительных материалов во влажных процессах, в производство и отделка бетона.
Таким образом, возведение зданий и сооружений с учётом строительной площадки, находящихся в суровых районах Севера, характеризующейся определёнными погодно-климатическими условиями, имеет определённые характеристики, соответственно, при необходимости нужно повысить эффективность строительства.
В экстремальных погодных условиях это предполагает решение сложной многоплановой организационной задачи и технологии строительства. Эта задача призвана повысить качество строительства, сократить сроки его завершения, трудовые ресурсы и затраты на оплату труда.
Литература
1. Анискин Н.А. Температурно-фильтрационный режим пригребневой зоны грунтовой плотины в суровых климатических условиях - «Вестник МГСУ» - № 4, 2013, стр.129-137.
2. Алёшина Т.О. Строительство на мерзлоте: опыт и новшества - «Сибирский форум» - № 4, 2017, стр.2326.
3. Белов А.Н., Горохов Е.Н. Трехмерное математическое моделирование температурного режима грунтовых плотин в криолитозоне - «Приволжский научный журнал» - № 1, 201, стр.65-71..
4. Горохов Е.Н. Температурный режим грунтов левобережного примыкания Вилюйской ГЭС-3 - «Гидротехническое строительство» - № 2, 2013, стр.12-15.
5. Куперман В.Л., Мызников Ю.Н., Торопов Л.Н. Гидроэнергетическое строительство на Севере - М., 1987, стр.303.
6. Погонин А.О. Принципы формирования автономных жилых зданий в экстремальных условиях природного характера: Автореф. дис. ... канд. арх. - М., 2016, стр.30.
7. Соболь С.В., Горохов Е.Н., Соболь И.С., Ежков А.Н. Исследование для обоснования проектов малых водохранилищ в криолитозоне - «Известия вузов. Строительство» - № 9, 2015, стр.29-31.
8. Рассказов Л.Н., Анискин Н.А., Саинов М.П. Анализ состояния грунтовой плотины Колымской ГЭС -«Вестник МГСУ» - № 7, 2018, стр.111-118.
9. Рамазянов А.Г. Строительство в высоких широтах. Принципы, возможности и перспективы - «Строительный эксперт» - № 5, 2018, стр.50-52.
10. Теличенко В.И., Терентьев О.М., Лапидус А.А. Технология возведения зданий и сооружений - М., 2016, стр.446.
11. Левин Ю.А. Финансирование строительства доходных домов: баланс интересов государства и частного предпринимательства // Финансы. 2014. № 11. С. 25-28.
12. Левин Ю.А., Полетаева Л.П. Инновационное развитие хозяйственных систем: формирование цифровой экономики // Инновации и инвестиции. 2017. № 11. С. 7-9.
13. Левин Ю.А. Вопросы государственно-частного партнерства на рынке аренды жилья // Финансы. 2012. № 5. С. 20-22.
Analysis of evaluating the cost of construction in extreme
climate conditions Mazhanskaya E.V., Kalinina D.A., Bekker M.S., Serebrennikova S.A., Polegenko A.V.
Siberian Federal University
Construction of facilities in the Russian Federation, most of which is located in Northern latitudes, often has to be carried out in extreme climatic conditions, which include low temperature, high wind loads and the sea coast with high humidity. According to the effect on humans, an increase in wind speed by 1 m / s in cold weather corresponds to a decrease in air temperature by 2 °C. Despite the relative amount of snowfall, many areas of this zone are characterized by significant snow-carrying capacity, and repeated winds carry snow from large areas and Deposit it in low terrain, thereby disrupting transport links. Permafrost soils are a characteristic feature of the Northern regions. In the Arctic regions, industrial and civil buildings are being built, which can be divided into ground, underground and underwater buildings.
The article analyzes the issues concerning the validity of construction of buildings and structures in the conditions of the Russian North, as well as the features of the organization of works and construction materials for the construction of buildings and structures in extreme climatic conditions. The features of climate influence on the quality and main properties of building materials, construction organization technologies were studied. Attention is focused on the complexity of construction and the increase in its cost due to weather conditions, fragmentation and poor development of transport links. The forecast of soil behavior during construction and subsequent operation of the building is presented. The decision to increase the consumption of water and thermal insulation materials in the construction of buildings is justified. Keywords: construction, buildings, structures, harsh conditions, construction costs, cost, expenses.
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м о
References
1. Aniskin N.A. Temperature-filtration regime of the ridge zone of a
soil dam in severe climatic conditions - Vestnik MGSU - No. 4, 2013, pp. 129-137.
2. Alyoshina T.O. Permafrost construction: experience and innova-
tions - "Siberian Forum" - No. 4, 2017, pp. 23-26.
3. Belov AN, Gorokhov E.N. Three-dimensional mathematical modeling of the temperature regime of soil dams in the permafrost zone - "Volga Scientific Journal" - No. 1, 201, pp. 65-71 ..
4. Gorokhov E.N. The temperature regime of soils of the left-bank
adjacency of Vilyui HES-3 - "Hydrotechnical construction" - No. 2, 2013, pp. 12-15.
5. Kuperman V.L., Myznikov Yu.N., Toropov L.N. Hydropower construction in the North - M., 1987, p. 303.
6. Pogonin A.O. The principles of the formation of autonomous
residential buildings in extreme environmental conditions: Abstract. dis. ... cand. arch. - M., 2016, p. 30.
7. Sobol S.V., Gorokhov E.N., Sobol I.S., Ezhkov A.N. A study to
justify the projects of small reservoirs in the permafrost zone -"University News. Construction "- No. 9, 2015, pp. 29-31.
8. Stories of L.N., Aniskin N.A., Sainov M.P. Analysis of the state
of the soil dam of the Kolyma hydroelectric station - Vestnik MGSU - No. 7, 2018, pp. 111-118.
9. Ramazyanov A.G. Construction in high latitudes. Principles, Opportunities and Prospects - "Construction Expert" - No. 5, 2018, pp. 50-52.
10. Telichenko V.I., Terentyev O.M., Lapidus A.A. Technology of construction of buildings and structures - M., 2016, p. 466.
11. Levin Yu.A. Financing the construction of residential houses: a balance of interests of the state and private entrepreneurship // Finance. 2014. No. 11. S. 25-28.
12. Levin Yu.A., Poletaeva L.P. Innovative development of economic systems: the formation of a digital economy // Innovations and Investments. 2017. No. 11. S. 7-9.
13. Levin Yu.A. Issues of public-private partnership in the housing rental market // Finance. 2012. No. 5. P. 20-22.
o
CS
o
CS CO
o
HI
m
X
<
m o x
X
