CC BY
19
УДК 004
ПЕРСПЕКТИВЫ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТОДИКИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ИЗ ТРУБОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Т.Х. Бидов, С.А. Ковалева, М.И. Магомедов
Рассмотрена эффективность применения несущих конструкций из трубобе-тона для возведения каркасных зданий и сооружений. Обоснована экономическая целесообразность использования данного материала. Выделены и рассмотрены четыре стадии работы трубобетонных конструкций. Отмечена зависимость работы элемента от толщины стенки трубы. Выявлены организационно-технологические мероприятия, оказывающие влияние на результативность устройства конечной продукции. Сформирована платформа для моделирования комплексной системы оценки организационно-технологических решений, которая позволит перед началом производства работ выявить наиболее оптимальные значения. Предложена научно-техническая гипотеза: предположение о возможности повышения эффективности технологии и организации строительства каркасных зданий и сооружений с применением трубобетона.
Ключевые слова: трубобетонные конструкции, конструктивные решения, организационно-технологические решения, потенциал организационно-технологических решений.
Развитие технологий, прогресс XXI века, предъявляют все большие требования к строительному рынку. Сокращение сроков строительства и, что следственно, снижение стоимости, но получение продукта того же высокого качества - одно из главных требований потребителя и задач застройщика. В связи с этим актуален вопрос о применении материалов, изделий и конструкций, позволяющих удовлетворить эти требования.
Результаты анализа мировой практики в строительной области доказывают, что многие экономические развитые страны все шире применяют сталебетонные конструкции при возведении зданий и сооружений [20, 25 - 29].
Конструкции из тонкостенных стальных труб, заполненные бетоном, заявили себя, как эффективные в этом отношении. Трубобетонный (сталежелезобетонный) стержень является комплексной конструкцией, состоящей из стальной трубы и бетонного ядра, работающих совместно. Такая конструкция обладает многими положительными качествами. Металлическая оболочка в трубобетоне выполняет сразу две функции: продольного и поперечного армирования. Она воспринимает усилия по всем направлениям и под любым углом [12].
Сегодня проведено большое количество исследований, обосновывающих экономическую целесообразность трубобетонных конструкций [1-3, 13, 15]. Было отмечено, что их применение уменьшает вес сооружений в 2 - 3 раза, трудозатраты в 4 - 5 раз, стоимость в 2 - 3 раза по сравнению с железобетонными. По сравнению с металлическими конструкциями при незначительном увеличении веса достигается существенное снижение стоимости (до 40 %) и уменьшение расхода стали (в 2 - 3 раза).
120
Объектом исследования стали способы возведения трубобетонных конструкций, предметом - процессы повышения эффективности возведения зданий из трубобетонных конструкций.
Известно, что выбор технологических, организационных, технических и управленческих решений при возведении зданий из трубобетонных конструкций осуществляется еще на стадии технологического проектирования. Основными документами, регламентирующими порядок и последовательность проведения работ являются Проект производства работ (ППР), Проект организации строительства (ПОС) и технологические карты. Специфика выбора организационно-технологических решений при возведении зданий и сооружений из трубобетонных конструкций, достаточно неоднозначна ввиду недостаточно подготовленной в нашей стране нормативно-правовой базы. Существующие разработки базируются в основном на результатах исследований СССР. В связи с этим осуществляется нехватка как теоретических, так и практических подходов при реализации строительного проекта из несущих трубобетонных конструкций.
Опыт зарубежных стран доказал эффективность применения трубе-ботона при возведении зданий и сооружений. Необходимо проделать большую работу для массового внедрения данного способа в нашей стране. Перспективным является применение данной технологии при возведении высотных зданий [7-9,14]. Доказано, что в зависимости от железобетонных конструкций трубобетон способен в экстремальных условиях выдерживать достаточно длительное время значительные нагрузки. Монтажная технологичность - следующее достоинство данной технологии.
На примере реализованных объектов в КНР, можно убедиться в эффективности применения данной технологии [20].
Для решения задач по массовому внедрению строительства зданий и сооружений из трубобетонных конструкций необходим комплексный подход. Недостаточно решать задачу по отдельности. Необходимо сформировать методику, которая позволит синтезировать отечественный опыт с зарубежным, выявить наиболее проблемные зоны, сформировать по проведенным исследованиям организационно-технологические факторы, оценить наиболее весомые и построить математическую модель. Данная модель позволит сформировать механизм по выявлению наиболее оптимальных организационных, технических и управленческих решений по решению поставленных задач.
В качестве такого инструмента, предлагается использование многокритериального инструмента, основоположником которого является Лапи-дус А.А. - «Потенциала эффективности организационно-технологических решений» [10,11].
Изучение организационно-технологического потенциала сегодня является актуальным направлением в научном сообществе [4-6,16-19]. Поскольку, данный инструмент позволяет охватить возможности рассматриваемых систем, у которых есть четкие границы.
В представленных работах основа за основу построения математической модели берутся регрессионные уравнения, с использованием метода наименьших квадратов. Это обусловлено тем, что большинство работ имеют три уровня варьирования. То есть, каждый организационно-технологический фактор имеет 3 варианта значений [21-24], тогда как за основу нашего исследования предложено рассмотрение лишь 2 вероятностей наступления событий. Бинарная логистическая регрессия является наиболее подходящей при построении математической модели.
V = —-—, (1)
И 1+е-У ' 4 '
Р - это вероятность: событие произойдет, событие не произойдет; е -основание натуральных логарифмов; У - стандартное уравнение регрессии.
у = Ъ- •х- + Ь2 -х2 + ••• + Ьп •Хп + а, (2)
где х1 — значения независимых переменных, Ь1 - коэффициенты, расчёт которых является задачей бинарной логистической регрессии, а - константа.
Первый шаг для формирования методики комплексной системы организационно-технологических решений возведения зданий из трубобе-тонных конструкций это выявление достоинств и недостатков данной технологии при возведении зданий и сооружений
Анализ научного сообщества и опыта реализации возведения зданий из трубобетонных конструкций позволил выявить следующие достоинства:
1) высокую прочность вследствие работы бетонного ядра в условиях объемного сжатия;
2) повышенную жесткость вследствие увеличения приведенного модуля упругости элемента за счет модуля упругости металла оболочки;
3) высокую пластичность в предельном состоянии, исключающую опасность внезапного разрушения конструкции;
4) равноустойчивость вследствие осевой симметрии поперечного сечения;
5) эстетичность, обтекаемость и минимальную площадь наружной поверхности;
6) повышение местной устойчивости стенок труб вследствие благоприятного влияния внутреннего давления твердой среды;
7) экономию полезной площади зданий за счет уменьшения площади поперечного сечения трубобетонных элементов по сравнению с железобетонными и металлическими конструкциями;
8) отсутствие необходимости применения специальной опалубки, так как ею является сама труба;
9) удобство образования стыков под различными углами с помощью электросварки;
10) высокую сохранность бетонного ядра в замкнутой металлической оболочке;
11) более высокую по сравнению с металлическими конструкциями огнестойкость.
12) уменьшение сроков возведения здания и сокращение расходов.
Выявлены следующие недостатки:
1) необходимость защиты наружной поверхности трубы от коррозии;
2) возможность расслоения бетонной смеси при заполнении труб небольшого диаметра;
3) повышенная стоимость труб (по сравнению со стержневой арматурой) и их дефицитность;
4) трудность стыковки отдельных трубобетонных элементов, требующая последующего замоноличивания;
5) возможность отставания бетонного ядра от оболочки вследствие неблагоприятного влияния усадки бетона;
6) возможность разрыва металлической оболочки под действием внутреннего давления паров связанной воды, освобождающейся при сильном нагревании воздуха время пожаров.
Для формирования методики комплексной системы организационно-технологических решений возведения зданий и сооружения из трубобе-тонных конструкций, следующим шагом является определение значимости выявленных параметров. Для этого в дальнейших исследованиях необходимо проведение экспертного опроса.
Выводы. Проведенное исследование в данной работе установило наличие проблемы при организации и проведении работ по возведению трубобетонных конструкций. Мировой опыт доказал эффективность применения данной технологии при возведении зданий и сооружений. Актуальной задачей сегодня является создание механизмов, которые позволят усовершенствовать существующий подход по возведению трубобетонных конструкций. Для этого необходимо подойти к задаче комплексно, используя существующие методики на основе потенциала организационно-технологических решений. На основе изучения научных работ, были выявлены основные преимущества и недостатки данного метода. Определены направления для дальнейшего изучения поставленной задачи. Следующий шаг - проведение квалиметрического анализа, ранжирование значений и построение математической модели на основе бинарной логистической регрессии.
Список литературы
1. Афанасьев А.А., Курочкин А.В. Использование трубобетона в жилищном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 3. С. 14-15.
2. Афанасьев А.А., Курочкин А.В. Эффективность трубобетонных конструкций при возведении каркасных зданий и сооружений //Строительство и реконструкция. 2016. № 4 (66). С. 111-120.
3. Афанасьев А.А., Курочкин А.В. трубобетонные конструкции для возведения каркасных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 2. С. 113-118.
4. Бидов Т.Х. Организационно-технологические и управленческие решения использования методов неразрушающего контроля при возведении монолитных конструкций // Научное обозрение. 2017. №13. С. 54-57.
5. Бидов Т.Х., Аветисян Р.Т. Формирование производственно-технологических модулей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 496-498.
6. Бидов Т.Х., Аветисян Р.Т. разработка организационно-технологической модели потенциала устройства временного крепления стенок выемок при производстве работ нулевого цикла // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 427-431.
7. Дуванова И.А., Сальманов И.Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. 6 (21). 2014. С. 89-103.
8. Кришан А. Л., Ремнев В.В. Трубобетонные колонны для высотных зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2009. №10. С. 22-24.
9. Курочкин А.В. Возведение каркасных зданий с несущими конструкциями из трубобетонных элементов // Вестник МГСУ. 2010. № 3. С. 82-86.
10. Лапидус А. А. Потенциал эффективности организационно-технологических решений строительного объекта // Вестник МГСУ. 2014. № 1. С. 175-180.
11. Лапидус А.А., Бидов Т.Х. Формирование производственно-технологических модулей, обосновывающих использование методов не-разрушающего контроля при возведении монолитных конструкций гражданских зданий // Наука и бизнес: пути развития. 2019. №1. С. 31-36.
12. Резван И.В., Маилян Д.Р Несущая способность бетонного ядра трубобетонных колонн // Вестник Майкопского государственного технологического университета. 2011. № 3. С. 18-25.
13. Стороженко Л.И., Ермоленко Д. А., Лапенко О.И. Трубобетон. Полтава: ТОВ АСМГ, 2010. 306 с.
14. Тамразян А.Г. Особенности работы высотных зданий // Жилищное строительство. 2004. № 3. С. 19-20.
15. Узун И. А. Новые технологии возведения зданий из трубобетон-ных элементов и их расчет // Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 2. С. 42-43
16. Хаев Т.Э, Аветисян Р.Т. Факторы, влияющие на принятие организационно-технологических решений при выборе конструктивных методов креплений стенок выемок и котлованов // Наука и бизнес: пути развития, 2019. С. 85-87.
17. Хубаев А.О. Описание эксперимента при расчете потенциала производства зимнего бетонирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С.247-252.
124
18. Хубаев А.О., Бидов Т.Х. Организационно-технологический потенциал использования методов неразрушающего контроля при производстве бетонных работ в зимний период // Наука и бизнес: пути развития. 2018. №4. С. 101-104.
19. Хубаев А.О., Бидов Т.Х. Организационно-технологический потенциал использования методов неразрушающего контроля при производстве бетонных работ в зимний период // Наука и бизнес: пути развития,
2018. С. 101-104.
20. Цай Шаохуай. Новейший опыт применения трубобетона в КНР // Бетон и железобетон. 2001. № 3. С. 20-24.
21. Lapidus A., Bidov T., Khubaev A. The study of the calibration dependences used when testing the concrete strength by nondestructive methods // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 117. P. 00094. DOI: https://doi.org/ 10.1051/matecconf/201711700094.
22. Lapidus A., Khubaev A., Bidov T. Organizational and technological solutions justifying use of non-destructive methods of control when building monolithic constructions of civil buildings and structures // MATEC Web of Conferences. 2019. V. 251. P. 05014.
23. Lapidus A., Khubaev A., Bidov T. Development of a three-tier system of parameters in the formation of the organizational and technological potential of using non-destructive testing methods // E3S Web of Conferences.
2019. V. 97. P. 06037. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199706037.
24. Lapidus A., Kangezova M., Bidov T. Systematization of organizational and technological aspects of scientific technical support of buildings and constructions over 100m high // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 698. P. 022091.
25. Cai S.-H. (2003). Modern Street Tube Confined Concrete Structures. Communication Press China. 2003. 358 p.
26. Liu F.-Q., Yang H. (2010). Fe analysis of fire-resistance performance of concrete filled steel tubular columns under different loading cases. Harbin Gongye Daxue Xuebao // Journal of Harbin Institute of Technology. 2010. Vol. 42. Issue 1. P. 201-204.
27. Min Yu, Xiaoxiong Zha, Jianqiao Ye, Yuting Li. A unified formulation for circle and polygon concretefilled steel tube columns under axial compression // Engineering Structures. 2013. 49. P. 1-10.
28. Morino S., Tsuba K. Design and Construction of Concrete-Filled Steel Tube Column System in Japan // Earthquake and Engineering Seismology. 2005. No. 1. Vol. 4. P. 51-73.
29. Qian J., Jiang Z., Ji X. Experimental study on seismic behavior of steel tube-reinforced concrete composite shear walls with high axial compres-sive load ratio. Jianzhu Jiegou Xuebao // Journal of Building Structures. 2010. Vol. 31. Issue 7. P. 40-48.
Бидов Тембот Хасанбиевич, старший преподаватель, [email protected], Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,
Ковалева Светлана Алексеевна, студентка, tembotO 7@bk. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,
Магомедов Магомед Исмаилович, студент, tembotO 7@bk. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
METHODOLOGYFOR INCREASING THE EFFICIENCY OF THE CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND STRUCTURES FROM CONCRETE STRUCTURES AND ITS
PROSPECTS FOR FORMA TION
T.Kh. Bidov, S.A. Kovaleva, M.I. Magomedov
The paper presents the effectiveness of the use of load-bearing structures made of pipe concrete for the construction of frame buildings and structures. Еconomic justification for the use of concrete was substantiate. We have identified and reviewed the four stages of the operation of concrete structures. We noted the dependence of the operation of the element on the wall thickness of the pipe. We have identified organizational and technological measures that affect the effectiveness of the device of the final product. A platform for modeling an integrated system for assessing organizational and technological solutions was formed. A scientific and technical hypothesis was proposed: it consists in the possibility of increasing the efficiency of technology and the organization of the construction of frame buildings and structures using pipe concrete
Key words: pipe-concrete structures, structural solutions, organizational and technological solutions, the potential of organizational and technological solutions.
Bidov Tembot Khasanbievich, senior lecturer, tembotO 7@bk. ru, Russia, Moscow, National Research Moscow State University of Civil Engineering,
Kovaleva Svetlana Alekseevna, student, [email protected], Russia, Moscow, National Research Moscow State University of Civil Engineering,
Magomedov Magomed Ismailovich, student, tembotO 7@bk. ru, Russia, Moscow, National Research Moscow State University of Civil Engineering
