CC BY
17Повышение сейсмической надежности высотных зданий на основе информационного обеспечения
Дудников Михаил Алексеевич
студент Волгоградский государственный технический университет, [email protected]
Дроздов Вячеслав Вячеславович
доцент Волгоградский государственный технический университет, [email protected]
Вопросы повышения сейсмической надёжности высотных зданий на основе информационного обеспечения, а именно, основные предпосылки к поиску оптимальных решений при использовании существующих методов информационного моделирования, а также предоставление рекомендаций, которые приведут к решениям по вопросам оптимизации проектирования и строительства высотных зданий в сейсмически активных районах, а именно, возможности переопределения конструкций и нагрузок в течении срока эксплуатации, минимизации возможных затрат и уменьшении срока строительства в целом. В работе рассматриваются основные вопросы и проблемы связанные с защитой высотных зданий от сейсмический воздействий, в частности, влияние на повышение характеристики сейсмической надежности путем проектирования с учетом информационной модели, что позволяет спрогнозировать более точное определение воздействий и защиты от них.
Ключевые слова: Высотное строительство, сейсмостойкость, информационное моделирование, надежность, экономические затраты, конструктивные решения, землетрясение, нагрузки и воздействия, BIM технологии, сейсмозащита, эксплуатационный цикл здания.
Вопросы, касающиеся выявления оптимального метода защиты высотных зданий при проектировании и дальнейшем строительстве в сейсмически опасных районах за последние десятилетия многократно обсуждаются, примером тому могут быть результаты, к которым пришли авторы работ [1,2,3].
Исходя из нормативной и литературной базы, в том числе, научной литературы можно заявить, что в целом, реализация подходов к проектированию объектов строительства в Российской Федерации в сейсмически активных зонах должна иметь уникальна, для каждого объекта исходя из его геометрических параметров, геологических свойств территории и прочих влияющих на подбор оптимального решения характеристик. Подбор же необходимых проектных решений, на сегодняшний день, сводится к анализу следующих вопросов: сравнение и выбор наилучшего варианта проектирования средств сеймо-защиты, сравнение и выбор оптимальной конструктивной модели и строительных материалов, а также, поиск возможных вариантов по повышению сейсмической надежности высотных зданий путем детального анализа воздействий с помощью информационной модели направленных на минимизацию экономических затрат на строительство и строительные материалы в частности.
Сейсмическая активность и ее последствия является актуальной проблемой для строительной отрасли, особенно, в череде последних событий в соседних странах. Множество ученых каждый год пытаются разработать более надежные и качественные методики защиты сооружений, а также систематизировать методы и способы сейсмозащиты.
Важно заметить, что многообразие вариантов защиты от сейсмических воздействий велико, и при детальном анализе возможных вариантов конструктивных решений результаты могут исчисляться тысячами. Нельзя отрицать, что сформировать тысячи альтернативных вариантов реализации строительного процесса просто не представляется возможным без применения компьютерных технологий проектирования зданий и сооружений и реализованных в их рамках алгоритмов вариантной проработки решений.
Следует отметить, что информационное моделирование позволяет совместить в себе качественную визуализацию процесса и зависимость расчетных данных. Информационная модель допускает возможность анализа пространственно-временных пересечений и регулировку зависящих от них факторов, в том числе, которые позволяют в реальном времени показать изменение показателей строительного производства на протяжении строительства объекта и его эксплуатации, как в общем виде, аналогично используемым на данный момент решениям, так и в укрупненном, в качестве рассмотрения конкретной зависимости конструкции от времени, величины воздействий, а также этапа строительства, на котором оно находится.
Также, важную роль в использовании информационных моделей играет недавно опубликованное постановление правительства от 5 марта 2021 г. № 331, которое обязует строительные и (или) организации ответственные за эксплуатацию объекта строительства обеспечить формирование и ведение информационной модели объекта капитального строитель-
X X
о го А с.
X
го m
о
м о м
CJ
м см о см
о ш т
X
3
<
т О X X
ства.[4,5] Безусловно, данное решение связано с необходимостью скорректировать систему подготовки и ведения объектов строительства путем использования новых САПР комплексов и программ направленных на визуализацию различных процессов, однако поиск оптимальных решений по внедрению различных вариаций программ и методов не останавливается, а наоборот набирает обороты. Все это позволяет найти и выбрать оптимальное решение, в том числе, касающееся качества и надежности сооружений, возводимых в сейсмически опасных зонах.
В данной работе рассмотрим вопросы повышения сейсмической надёжности высотных зданий на основе информационного обеспечения, а именно, основные предпосылки к поиску оптимальных решений при использовании существующих методов информационного моделирования, а также предоставление рекомендаций, которые приведут к решениям по вопросам оптимизации проектирования и строительства высотных зданий в сейсмически активных районах, а именно, возможности переопределения конструкций и нагрузок в течении срока эксплуатации, минимизации возможных затрат и уменьшении срока строительства в целом.
Проектирование зданий в сейсмически опасных зонах имеет свои особенности. Во-первых, существует определенных порядок соответствия нормативным актам, нормам и рекомендациям в связке с текущей обстановкой в самом районе предполагаемого строительства, то есть, для решения вопроса о возможности строительства, проводиться комплексный анализ территории строительства, с учетом того, что возможность составление верного прогноза землетрясения имеет малую вероятность. В целом, любое землетрясение можно охарактеризовать, как повышение колебаний земной коры, в связи с тектоническими процессами, относительно локализованной местности, в очаге которого возникают упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью по всей площади зоны [1,2].
На данный момент, при создании информационной модели существует ряд недостатков.
• Методы имитационного моделирования основываются на методе «квадратов» и позволяют спрогнозировать экстремумы амплитуд, что в свою очередь не подходит для сложной конструктивной системы, т.к. влияние на конструкцию оказывают в том числе и минимальные колебания, который могут повлечь за собой перемещения в узлах элементов основных несущих конструкций, что в свою очередь может привести к полной потери их устойчивости. Выходом из данной ситуации, на данный момент, служит решение расположения симметричного и равномерного распределения жесткостей, с целью совместить центр тяжести здания и центр тяжести нагрузок, что в свою очередь, позволяет увеличить прочностные характеристики объекта.
• Невозможность изменение модели конструктивной части здания в процессе эксплуатации. Как известно, сейсмически активные зоны нестабильны. Данные, полученные десятилетия назад по одному и тому же району разняться с данными анализа сейсмоактивности на сегодняшний день. В частности, данный фактор влияет на сумму затрат по материалам и их дальнейшей замене, в случае, если нагрузки превысят проектируемый порог, со временем, и конструкции подвергнуться деформации или полному отказу. [1]
В случае, если учесть возможность изменения типов конструкций или же величин нагрузок не только на этапе проектирования, но и в процессе эксплуатации здания, можно добиться возможности подбора оптимальных решений по сейсмической защиты здания, ввиду того, что в современных конструктивных решениях повышение сейсмической надежности
возможно при подборе вариантов изменения геометрических характеристик и материалов конструкций, а в процессе эксплуатации это уже не представляется экономически целесообразным, так как помимо повышения надежности и сейсмостойкости конструкции необходимо учитывать оптимальное соотношение и с экономической стороной.
В работах [1,2,3,12] авторами были рассмотрены различные методы организации сейсмической защиты высотных зданий, используя которые при создании модели возможно добиться оптимальных показателей сейсмической надежности здания в целом.
В качестве решения указанных недостатков можно порекомендовать учитывать возможность корректировки величин сейсмических воздействий, ввиду их изменения с течением времени, маловероятной прогнозируемости самих землетрясений и их влияния на всю конструктивную систему здания, с целью подбора оптимального решения по выбору методов сейсмической защиты, а также, с целью повышение сейсмической надежности здания.
В работе [6] наглядно показывается возможность создания имитационной модели, направленной на проектирование автодорог. Авторы предлагают совмещение расчетных данных, организационного планирования и 3D визуализации объекта в целом, однако, вопрос возможности внесения изменений в конструктивную часть проекта не реализован, ввиду чего, повышение надежности путем совершенствования конструкции не представляется возможным без переработки всей модели. Авторы указывают, что основным недостатком при создании данной модели являются трудности совмещения расчетных программных комплексов с программами 3D визуализации.
Основным решением может стать визуализация всех этапов строительства вплоть до технологических операций по каждому процессу, их совмещения с расчетно-конструктив-ными данными, с учетом прогноза не только на этапы прокти-рования и строительства, но и на определенный временной промежуток этапа эксплуатации здания.
В качестве примера пользы применения подобной массивной информационной модели условно можно условно принять строительство высотного здания в сейсмически опасной зоне, величина воздействий которого меняется, условно, каждые 10 лет. Наиболее частой проблемой при проведении расчетов является отсутствие данных по динамике поведения конструкции в процессе времени, которые не могут быть предусмотрены созданием стандартной статической задачей по расчету и подбору материалов. При внедрении возможности прогнозирования эксплуатационного цикла и визуализации в программном 3D комплексе в связке с САПР, позволяющими вносить текущие изменения исходных условий позволит подобрать оптимальное конструктивное решение по защите конкретного объекта, а также минимизировать расходы на материалы, их монтаж и обслуживание лишних конструкций.
Выводы
Подводя итог, можно сделать вывод, что при условии создания массивной информационной модели на этапе планирования строительства возможно избежать основных проблем, которые на данный момент существуют при создании проекта строительства. Данный метод позволит решить вопросы своевременной корректировки нагрузок на различных этапах строительно-монтажных работ, а также в процессе эксплуатации, что позволит изначально определить оптимальный метод защиты высотного здания от сейсмических воздействий и позволит минимизировать затраты не только путем экономии материала, но и даст возможность визуального представления планирования строительства в виде 3D-анимационной модели, связанной с каждым этапом строительства и включающий в
себя весь объем информации по проектируемому объекту, что также повысит качество и надежность объекта, ввиду возможности моделирования практически любой ситуации.
Литература
1. Дроздов, В.В. Оценка риска строительных объектов при землетрясениях / В. А. Пшеничкина, В. В. Дроздов // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. -2012. - N 2. - С. 26-29.
2. Дроздов, В.В. Расчет несущих строительных конструкций уникальных высотных и большепролетных зданий с учетом физической и геометрической нелинейности: учеб. пособие / В. В. Дроздов, В. А. Пшеничкина, С. И. Строк; Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2020. - 100 с.
3. Арутюнян Анна Рубиковна Современные методы сей-смоизоляции зданий и сооружений // Magazine of Civil Engineering. 2010. №3.
4. Постановление Правительства Российской Федерации от 16 февраля 2008 г. №87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию»
5. Постановление правительства россии №331 от 5 марта 2020 года. «О введении обязательного использования технологий информационного моделирования на объектах госзаказа».
6. Нестеров Иван Викторович Информационное моделирование в строительстве // ООО «ИндорСофт». 2014. №2 (3).
7. Данные по строящимся объектам. URL: peresvet-ug.ru/novostroyki/.
8. Инвестиционные проекты, цифровая платформа. URL: investprojects.info/project-base/i-volgogradskaya-oblast.
9. Седегова Л.Н. Особенности строительства гражданских зданий в сложившейся городской застройк / [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2023, №3 - Режим доступа:. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1698 (доступ свободный) - Яз. Рус.
10. Халелова, А. К. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений / А. К. Халелова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 46 (336). — С. 40-44.
11. Дроздов, В.В. Сейсмическая надежность зданий повышенной этажности: монография / В. А. Пшеничкина, В. В. Дроздов, А. Ю. Чаускин; Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2022. - 180 с.
12. Муселемов Хайрулла Магомедмурадович, Устарханов Осман Магомедович, Юсупов Абусупьян Курашевич Статистический анализ акселерограмм реальных сильных землетрясений // Вестник ДГТУ. Технические науки. 2017. №4.
13. Литвинова Э.В., Литвинов Б.А. Инновационные системы сейсмозащиты зданий и сооружений за рубежом // Строительство и техногенная безопасность. 2013. №47.
Improving the seismic reliability of high-rise buildings based on information
support Dudnikov M.A., Drozdov V.V.
Volgograd State Technical University
JEL classification: L61, L74, R53_
Issues of improving the seismic reliability of high-rise buildings based on information support, namely, the main prerequisites for finding optimal solutions using existing information modeling methods, as well as providing recommendations that will lead to decisions on optimizing the design and construction of high-rise buildings in seismically active areas, as well as namely, the possibility of redefining structures and loads during the service life, minimizing possible costs and reducing the construction period as a whole. The paper discusses the main issues and problems associated with the protection of high-rise buildings from seismic impacts, in particular, the impact on improving the characteristics of seismic reliability by designing with an information model, which makes it possible to predict a more accurate determination of impacts and protection from them.
Keywords: High-rise construction, seismic resistance, information modeling, reliability, economic costs, design solutions, earthquake, loads and impacts, BIM technologies, seismic protection, building life cycle. References
1. Drozdov, V.V. Risk assessment of construction objects during earthquakes / V. A.
Pshenichkina, V. V. Drozdov // Natural and technogenic risks. Safety of structures. - 2012. - N 2. - pp. 26-29.
2. Drozdov, V.V. Calculation of load-bearing building structures of unique high-rise
and large-span buildings taking into account physical and geometric nonlinearity: textbook. manual / V. V. Drozdov, V. A. Pshenichkina, S. I. Strokov; Volgogr. state Technical University. un-T. - Volgograd: Publishing house of VolgSTU, 2020. - 100 p.
3. Harutyunyan Anna Rubikovna Modern methods of seismic isolation of buildings and
structures // Magazine of Civil Engineering. 2010. No.3.
4. Resolution of the Government of the Russian Federation No. 87 dated February 16,
2008 "On the composition of sections of project documentation and requirements for their content""
5. Decree of the Government of the Russian Federation No. 331 of March 5, 2020.
""On the introduction of mandatory use of information modeling technologies at state order facilities.""
6. Nesterov Ivan Viktorovich Information modeling in construction // IndorSoft LLC.
2014. №2 (3).
7. Data on objects under construction. URL: peresvet-ug.ru/novostroyki/.
8. Investment projects, digital platform. URL: investprojects.info/project-base/i-
volgogradskaya-oblast.
9. Sedegova L.N. Features of the construction of civil buildings in the current urban
development / [Electronic resource] // ""Engineering Bulletin of the Don"", 2023, No. 3 - Access mode:. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1698 (free access) - Yaz. Rus.
10. Halelova, A. K. Ensuring the seismic resistance of buildings and structures / A. K.
Halelova. — Text : direct // Young scientist. — 2020. — № 46 (336). — Pp. 4044.
11. Drozdov, V.V. Seismic reliability of high-rise buildings: monograph / V. A. Pshenichkina, V. V. Drozdov, A. Yu. Chauskin; Volgogr. state Technical University. un-T. - Volgograd: Publishing house of VolgSTU, 2022. - 180 p.
12. Muselemov Khairulla Magomedmuradovich, Ustarkhanov Osman Magomedovich,
Yusupov Abusupyan Kurashevich Statistical analysis of accelerograms of real strong earthquakes // Vestnik DSTU. Technical sciences. 2017. No.4.
13. Litvinova E.V., Litvinov B.A. Innovative systems of seismic protection of buildings
and structures abroad // Construction and technogenic safety. 2013. №47.
X X О го А С.
X
го m
о
to о to
M
