CC BY
44
УДК 624.151.5:519.688
ОПТИМ1ЗАЦ1Я ПРОЦЕСУ НАВЧАННЯ СТУДЕНТ1В П1Д ЧАС ПРОЕКТУВАННЯ ФУНДАМЕНТ1В БУД1ВЕЛЬ I СПОРУД
М1СЮРА Лщ. В.1*, студ., М1СЮРА Люб. В.2*, студ., ПОЛТОРАЧЕНКО Н. I.3*, к. т. н, доц.
1 Ки!вський нaцiонaльний ушверситет буд1вництва та архгтектури, Повiтрофлотський пр., 31, 03680, Ки!в, Укра!на, тел. +38 (093) 27-53-810, e-mail: mislidia232@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1708-0919.
2 Кшвський нацюнальний ун1верситет будiвництвa та aрхiтeктури, Повпрофлотський пр., 31, 03680, Ки!в, Укра!на, тел. +38 (068) 62-74-298, e-mail: lyububublik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9275-2418.
3 Кафедра шформацшних технологш проектування i прикладно! математики, Кжвський нaцiонaльний ушверситет будiвництвa та aрхiтeктури, Повiтрофлотcький пр., 31, 03680, Ки!в, Укра!на, тел. +38 (066) 363-07-26, e-mail: nata.poltorachenko@gmail.com, ORCID ID
Анотащя. Постановка проблеми. Вщповвдно до сватово! статистики, понад 75 % уciх порушень нормальних умов eкcплуaтaцii будiвeль i споруд ввдбуваеться через нeдолiки пвд час проектування, будiвництвa й експлуатацп основ та фундаменпв [1]. Витрати на усунення цих негативних явищ можливо порiвняти лише з початковою варпстю будiвництвa, що говорить про актуальшсть викладання диcциплiн, пов'язаних i3 проектуванням фундaмeнтiв. З iншого боку, пвдвищуються вимоги до знань cтудeнтiв, зб№шуеться обсяг шформацп, яку треба засвоювати в умовах нeзмiнних строк1в навчання, що робить актуальною оптимiзaцiю процесу вивчення цих дисциплш. Мета cmammi - представлення програмного комплексу, що дозволяе полегшити i прискорити розрахунок та пeрeвiрку пaрaмeтрiв фундaмeнтiв та основ у процес проектування будiвeль та споруд. Програмний продукт оформлений у виглядi навчального комплексу, який дозволяе як допомогти студенту в розрахунках iз рiзним рiвнeм складносп, так i пeрeвiрити його знання. Висновок. Створено програмний комплекс, який складаеться з програми для розрахунку пaрaмeтрiв основ, програми для розрахунку пaрaмeтрiв фундaмeнтiв, бази даних. Щдгверджено cтaбiльну роботу навчального комплексу (програми), проведено заходи з тестування програми, що допомогли зробити ii стабшьною. Навчальний комплекс розроблено лише для фундаменпв неглибокого закладання, тому роботу буде продовжено.
Ключовi слова: навчальний комплекс, фундаменти неглибокого закладання, параметри rpyHmie
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
МИСЮРА Лид. В.1*, студ., МИСЮРА Люб. В.2*, студ., ПОЛТОРАЧЕНКО Н. И.3*, к. т. н, доц.
1 Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Воздухофлотский пр., 31, 03680, Киев, Украина, тел. +38 (093) 27-53-810, e-mail: mislidia232@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1708-0919.
2 Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Воздухофлотский пр., 31, 03680, Киев, Украина, тел. +38 (068) 62-74-298, e-mail: lyububublik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9275-2418.
3 * Кафедра информационных технологий проектирования и прикладной математики, Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Воздухофлотский пр., 31, 03680, Киев, Украина, тел. +38 (066) 363-07-26, e-mail: nata.poltorachenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2238-6130.
Аннотация. Постановка проблемы. Согласно мировой статистике, более 75 % всех нарушений нормальной эксплуатации зданий и сооружений происходит из-за недостатков при проектировании, строительстве и эксплуатации оснований и фундаментов [1]. Расходы на устранение этих негативных явлений возможно сравнить только с начальной стоимостью строительства, это говорит об актуальности преподавания дисциплин, связанных с проектированием фундаментов. С другой стороны, повышаются требования к знаниям студентов, увеличивается объем информации, которую нужно усваивать при неизменных сроках обучения, что делает актуальным оптимизацию процесса изучения этих дисциплин. Цель статьи - представление программного комплекса, позволяющего облегчить и ускорить расчет и проверку параметров фундаментов и оснований при проектировании зданий и сооружений. Программный продукт оформлен в виде учебного комплекса, который позволяет как помочь студенту при расчетах с разным уровнем сложности, так и проверить его знания. Вывод. Создан программный комплекс, который состоит из программы для расчета параметров основ, программы для расчета параметров фундаментов, базы данных. Подтверждена стабильная работа учебного комплекса (программы), проведенные мероприятия по тестированию программы помогли сделать ее стабильной. Учебный комплекс разработан только для фундаментов мелкого заложения, поэтому работа будет продолжена.
Ключевые слова: учебный комплекс, фундаменты мелкого заложения, параметры почв
TEACHING OPTIMIZATION OF STUDENTS AT DESIGN OF BUILDINGS AND STRUCTURES FOUNDATIONS
MISURA Lid. V.1*, stud., MISURA Liub. V.2*, stud.,
POLTORACHENKO N. I.3*, Cand. Sc. (Tech.), Ass. Prof.
1 Kyiv National University of Construction and Architecture, 31, Povitroflotsky ave., Kyiv 03680, Ukraine, tel. +38 (093) 27-53-810, e-mail: mislidia232@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1708-0919.
2 * Kyiv National University of Construction and Architecture, 31, Povitroflotsky ave., Kyiv 03680, Ukraine, tel. +38 (068) 62-74-298, e-mail: lyububublik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9275-2418.
3 Department of Information Technologies of Design and Applied Mathematics, Kyiv National University of Construction and Architecture, 31, Povitroflotsky ave., Kyiv 03680, Ukraine, tel. +38 (066) 363-07-26, e-mail: nata.poltorachenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2238-6130.
Summary. Raising of problem. According to world statistics, more than 75 % of all violations of the normal operation of buildings and structures is due to deficiencies in the design, construction and operation of bases and foundations [1]. The costs to eliminate these negative effects can be compared only with the initial cost of construction, it speaks about the relevance of teaching subjects related to the design of foundations. On the other hand increased demands on the students' knowledge, raises the amount of information that needs to absorb at constant periods of instruction, which makes the current process optimization study of these disciplines. Purpose. The aim of the article is to present the software package that allows to facilitate and accelerate the calculation and check the parameters of foundations and bases for the design of buildings and structures. The software product is designed as an educational complex, which allows the student to help with the calculations in different levels of difficulty and test his knowledge. Conclusion. The program complex, which consists of a program for dimensioning the foundations, the program for calculating the parameters of the bases, of the database. It is confirmed stable operation of the school complex (the program), measures were taken to test the program, helped to make it stable. The training complex is designed only for shallow foundations, so the work will be continued.
Keywords: educational complex, shallow foundation laying, soil parameters
Постановка проблеми. Вщповщно до св1тово1 статистики, понад 75 % ycix порушень нормальних умов експлуатацп будiвель i споруд вщбуваеться через недолши, допущеш тд час проектування, будiвництва й експлуатацп основ та фундаменпв [1]. Витрати на усунення цих негативних явищ можливо порiвняти лише з початковою варпстю будiвництва, що говорить про актуальшсть викладання дисциплш, яю пов'язат з проектуванням фундаменпв. З шшого боку, тдвищуються вимоги до знань студенпв, збшьшуеться обсяг шформацп, яку треба засвоювати в умовах незмшних строюв навчання, що робить актуальною оптимiзацiю процесу вивчення цих дисциплш.
Анал1з публжацш. Останн розробки за тематикою взаемоди «грунт-конструкщя» висв^леш в дисертацшних роботах науков-щв КНУБА В. В. Жука [2], О. А. Савицького [3], В. Л. Пщлуцького [4], О. Б. Преснякова [5].
Актуальн проблеми розрахунк1в фундаментних конструкцт розглянуто в дисертацшних роботах науковщв КНУБА
Г. П. Шевчука [6], О. В. Малишева [7], Л. В. Гембарського [8], I. Т. Гладуна [9].
На 18-й Мiжнароднiй конференцп з мехатки грунпв i геотехтки (ISSMGE), що вщбулася в Парии у верест 2013 року [13], представлено десять доповщей з тематики фундаменпв неглибокого закладання [14].
Мета статт1 - представлення програмного комплексу, що дозволяе полегшити i прискорити розрахунок та перевiрку параметрiв фундаменпв та основ тд час проектування будiвель та споруд. Програмний продукт оформлений у виглядi навчального комплексу, який дозволяе як допомогти студенту у розрахунках iз рiзним рiвнем складносп, так i перевiрити його знання.
Виклад матер1алу. Розробка програмного комплексу базуеться на державнш нормативнш базi [10 - 12].
Узагальнена математична модель задачi розрахунку параметрiв фундаменпв неглибокого закладання, яка лежить в основi розробки програмного комплексу, мае вигляд: (р - Ä| — rain
|s - su | — min □ 5
Уп
при обмеженнях р < R ^ Р < —^
де V - середшй тиск на шдошву фундаменту вщ основного сполучення розрахункових навантажень (друга група граничних сташв); ^ - розрахунковий ошр грунту; 5 - деформащя основи, що визначаеться за результатами сшльно! робота основи та сиоруди; 5и - граничне значення спшьно! деформацп основи та споруди (друга група граничних сташв);
±сг - розрахункове навантаження на основу вщ основного та особливого поеднання навантажень; ^и - сила граничного супротиву основи (перша група граничних сташв); Ус - коефщент умов роботи (залежить вщ стану грунту);
Уп - коефщент надшносп за призначенням споруди (залежить вщ класу вщповщальносп споруди).
Рис. 1. Загальна схема розрахунку основ та фундаментiв
Обмеження вщтворюють вимоги I та II груп критичних сташв. Цшьов1 функцп забезпечують максимальне наближення розрахункових силових величин до граничних, що опосередковано забезпечуе
виконання вимог мш1м1зацп фшансових витрат.
Загальну схему розрахунку основ та фу-ндаменпв наведено на рисунку 1.
Програмна реал1зац1я. Оскшьки бшь-шють компанш, яю займаються проектуван-ням буд1вель та споруд, а також ушверсите-ти, яю проводять пщготовку за напрямами буд1вництва, використовують операцшну систему Microsoft Windows, пщ час розроб-лення комплексу було вир1шено використо-вувати максимально штегровану в дану операцшну систему (ОС) мову програмування С# та платформу .net framework 4.5.
Навчальний комплекс (програма) по-будований таким чином, що перед початком роботи користувач мае авторизуватися в програм1 або ж додати сво'1' особист даш, якщо вш уперше працюе. Також користувач мае пройти перев1рку теоретично'1' частини, тобто дати вщповвд на контрольш питання. Правильна вщповщь е допуском до початку роботи. Результати уах обчислень, проекти, а також вщповщ1 на тестов1 питання зберь гаються в баз1 даних, яка розроблялась разом 1з навчальним комплексом. Структура навчального комплексу дозволяе виконати як частковий розрахунок якогось одного чи декшькох параметр1в, так i повний розрахунок плитних, монол^них с^чкових, збiр-них с^чкових та фундaментiв пiд колони.
Ш PespjoytiOK фртиииелгл eyitt'k т< спсруд ГруНТИ | П-эрлигтрн î.ik лj фупммснти j Псргшркл
Chap |1Ьц«ш грунта Глииип! грунта Ouium. ..»r.wtirr
уГШ- Ç, t, WO-
d- УП1- w
dib;.- W- Vf- --
huii- «Ш- rx.- vi«tj *
hfai- СШ>- H.« «да- I v* ь*
I . Гццт Глхтытм i ! Гсхгнти I rwjuw__
Рис. 2. Втно «Грунти» програмного комплексу
Навчальний комплекс подшяеться на чотири групи обчислень (Грунти, Параметри закладання, Фундаменти, Перевiркa). Група «Грунти» включае розрахунки: опору, гли-нистих грунпв, пiщaних грунтiв, основних пaрaметрiв р, р, , W, Wl , Wp , E, R (рис. 2). Розрахунки, що входять до цього блоку, ба-гaтовживaнi. Результати роботи програм ви-користовуемо в подальших розрахунках. Якщо користувач одразу переходить до вш-на 3 «Фундаменти», програма виведе повь
домлення про необхщтсть виконання роз-рахункiв у вшш 1 «Грунти» та вiкнi 2 «Па-раметри закладання».
Група «Параметри закладання» включае розрахунки глибини закладання, тиску (тд колону; рис. 3).
и Плрлметри JJ
м«»-
KrtiJ-dÎfD-
числень i3 блоюв «Параметри закладання» та «Грунти». Пiд час обчислення фундаменпв пiд колону береться до уваги розрахунок тиску i3 блоку «Параметри закладання».
Четверте вшно програмного комплексу «Перевiрка» включае в себе розрахунки за першим та другим граничними станами (рис. 5).
Рис. 3. В^о «Параметри закладання»
Група «Фундаменти», трете вшно, у свою чергу подшяеться на розрахунки: плитних, монол^них стрiчкових, збiрних стрiчкових, пiд колону (рис. 4).
Рис. 4. Втно «Фундаменти»
Розрахунок фундаменпв у даному блоку реалiзовний таким чином, що плитн фундаменти не потребують попереднiх роз-рахунюв, а збiрнi та монолiтнi стрiчковi об-числюються з урахуванням результапв об-
Рис. 5. В^о «Фундаменти» Висновок. Створено програмний комплекс, який складаеться з програми для розрахунку параметрiв основ, програми для розрахунку параметрiв фундаменпв, бази даних. Пщтверджено стабшьну роботу навчального комплексу (програми), проведено заходи з тестування програми, що допомогли зробити 'й стабiльною.
Навчальний комплекс розроблено лише для фундаменпв неглибокого закладання, тому роботу буде продовжено.
ВИКОРИСТАН1 ДЖЕРЕЛА
1. 1нженерна геолопя. Мехашка грунпв, основи 1 фундаменти / М. Л. Зоценко, В. I. Коваленко, А. В. Яковлев, О. О. Петраков, В. Б. Швець, О. В. Школа, С. В. Б1да, Ю. Л. Винников. - Полтава, 2003. - 560 с.
2. Жук В. В. Вплив нер1вном1рних деформацш проадаючих лесових основ на роботу каркасних буд1вель : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 / Жук Верошка Володимир1вна ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2013. - 196 с.
3. Савицький О. А. Динашка фундаменпв на складних основах : авторефер. дис. ... д-ра техн. наук : 05.23.02 / Савицький Олег Анатолшович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2012. - 43 с.
4. Щдлуцький В. Л. Взаемодш фундаментно! плити з палями р1зно! довжини з грунтовою багатошаровою основою : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 / Шдлуцький Василь Леошдович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Ки!в, 2013 - 240 с.
5. Пресняков О. Б. Несуча здатшсть здавлюваних паль у тщаних та глинистих грунтах : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 / Пресняков Олексш Борисович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2005. - 265 с.
6. Шевчук Г. П. Шдсилення фундаменпв юнуючих буд1вель монолгтною зал1зобетонною плитою 1з криволь нйною тдошвою : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 / Шевчук Григорш Петрович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2012. - 200 с.
7. Малишев О. В. Несуча здатшсть основи паль таврового поперечного перер1зу : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 / Малишев Олег Вжторович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2013. - 203 с.
8. Гембарський Л. В. Технолопя реконструкци фундаментних систем буд1вель шляхом влаштування плитних конструкцш : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.08 / Гембарський Лев Володимирович ; Кшв. нац. ун-т буд-ва 1 архггектури. - Кшв, 2013. - 200 с.
9. Гладун I. Т. Технолопя влаштування фундaментiв з розташованими поруч будинками в умовах щiльноï Mi-CbKOï забудови : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.08 / Гладун 1гор Таросович ; Кив. нац. ун-т буд-ва i архггек-тури. - Кшв, 2011 - 201 с.
10. Якiсть грунту. Паспорт грунпв : ДСТУ 4288:2004. - [Чинний вщ 2004-04-30]. - Вид. офщ. - Киïв : Держ-споживстандарт Украши, 2005. - 8 с. - (Нацюнальний стандарт Украши).
11. Основи та тдвалини будинк1в i споруд. Грунти. Клaсифiкaцiя : ДСТУ Б В.2.1-2-96 (ГОСТ 25100-95). - [На зашсть ГОСТ 25100-82 ; чинний ввд 1997-01-04]. - Вид. офщ. - Кшв, 1997. - 51 с. - (Державний стандарт Украши).
12. Основи та фундамента будиншв i споруд. Основш положення проектування : ДБН В.2.1-10-2009. - [Зашсть СНиП 2.02.01-83 ; чинш з 01.07.2009 р.]. - Видання офiц. - Киïв : Мшрегюнбуд Украши, 2009. - 161 с.
13. Zerhouni M. I. General report shallow foundations: / Zerhouni M. I., Demay B // Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineerin. Challenges and innovations in geotechnics. -Paris, 2013. - Books 4. - P. 3433-3438.
REFERENCES
1. Zotsenko M.L., Kovalenko V.I., Yakovlev A.V., Petrakov O.O., Shvets V.B., Shkola O.V., Bida S.V. and Vinnikov Yu.L., Inzhenerna heolohiia. Mekhanika gruntiv, osnovy i fundamenty [Engineering geology. The mechanics of soils, bases and foundations]. Poltava, 2003, 560 p. (in Ukrainian).
2. Zhuk V.V. Vplyv nerivnomirnykh deformacii prosidaiuchykh lesovykh osnov na robotu karkasnykh budivel: dys. kand. tehn. nauk: 05.23.02 [The impact of uneven subsidence deformation of loess foundations on the frame buildings work: Cand. Sc. (Tech.) Dissert: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2013, 196 p. (in Ukrainian).
3. Sawitski O.A. Dynamika fundamentiv na skladnykh osnovakh: avtorefer. dys. d-ra tehn. nauk: 05.23.02 [Dynamics foundations on difficult substrates: avtorefer. Authors abstract of Dr. Sc. (Tech.): 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2012, 43 p. (in Ukrainian).
4. Pidlutskyi V.L. Vzaiemodiia fundamentnoi plyty zpaliamy riznoi dovzhyny z gruntovoiu bagatosharovoiu osnovoiu: dys. kand. tehn. nauk: 05.23.02 [Interaction of plate foundation with piles of different lengths and ground layered foundation: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury, Kyiv, 2013, 240 p. (in Ukrainian).
5. Presniakov O.B. Nesucha zdatnist zdavliuvanykh pal u pishchanykh ta glynystykh gruntakh: dys. kand. tehn. nauk: 05.23.02 [Carrying capacity of compression piles in sandy and clay soils: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2005, 265 p. (in Ukrainian).
6. Shevchuk G.P. Pidsylennia fundamentiv isnuiuchykh budivel monolitnoiu zalizobetonnoiu plytoiu iz kryvoliniinoiu pidoshvoiu: dys. cand. tehn. nauk: 05.23.02 [Strengthening the foundations of existing buildings monolithic reinforced concrete slab with a curved sole: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2012, 200 p. (in Ukrainian).
7. Malyshev O.V. Nesucha zdatnist osnovy pal tavrovogo poperechnoho pererizu: dys. kand. tehn. nauk: 05.23.02 [Bearing capacity of foundations piles of tee cross section: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2013, 203 p. (in Ukrainian).
8. Hembarsky L.V. Tekhnologiia rekonstruktsii fundamentnykh system budivel shliakhom vlashtuvannia plytnykh konstrutscii: dys. kand. tehn. nauk: 05.23.08 [The foundation reconstruction technology of buildings by arranging of plate strucrures: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.02]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2013, 200 p.
9. Gladun I.T. Tehnologiia vlashtuvannia fundamentiv z roztashovanymy poruch budynkamy v umovakh shchilnoi miskoi zabudovy: dys. cand. tehn. nauk: 05.23.08 [The placement foundations technology of adjacent buildings in a dense urban area: Cand. Sc. (Tech.) Dissert.: 05.23.08]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arhitektury. Kyiv, 2011, 201 p. (in Ukrainian).
10. Yakist gruntu. Pasport gruntiv: DSTU 4288:2004 [Soil quality . Soils passport: State Standarts of Ukraine 4288:2004]. Vyd. ofic. [Official publication]. Kyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 2005, 8 p.
11. Osnovy ta pidvalyny budynkiv i sporud. Grunty. Klasyfikatsiia: DSTU B V. 2.1-2-96 (GOST 25100-95) [Bases and foundations of buildings and structures. Soils. Classification: State Standarts of Ukraine B V.2.1-2-96 (State Standart 25100-95)]. Vyd. ofic. [Official publication]. Kyiv, 1997, 51 p. (in Ukrainian).
12. Osnovy ta fundamenty budynkiv i sporud. Osnovni polozhennia proektuvannia: DBN V.2.1-10-2009 [Bases and foundations of buildings and structures. The main design provisions: State Building Code V.2.1-10-2009]. Vydannja ofic. [Official publication]. Kyiv: Minregionbud Ukrainy, 2009, 161 p. (in Ukrainian).
13.Zerhouni M.I. and Demay B. General report shallow foundations: 18th International conference on soil mechanics and geotechnical engineering. Challenges and innovations in geotechnics. Proceedings of Conference. Books 4. Paris, 2013, pp. 3433-3438.
Рецензент: д-р т. н., проф.Седт В. Л.
Надшшла до редколеги: 29.02.2016 р. Прийнята до друку: 02.03.2016 р.
