Результаты 2005-2006 гг.


1. Новое конструктивное решение стержня.

Совместными исследованиями ЦНИИЛМК и ЦНИИСК конца 80-х было установлено:
1.Изгибная жесткость сопряжения стержня с узловым элементом в структурах «Кисловодск» (« Меро», «МАрхИ») существенна. Это позволило уменьшить коэффициент расчетной длины стержней малого диаметра до 0,8 и минимально допустимый диаметр стержней до 48 мм.
2. Несущая способность сжатых элементов может быть значительно повышена путем увеличения изгибной жесткости и изгибной прочности сопряжения стержня с узловым элементом. Это стало одним из основных направлений поиска новых конструктивных решений.

Опыт выполнения сборочно – монтажных работ на стройплощадках последних 2-3-х лет еще раз напоминает о конструктивных и технологических недостатках отечественных систем «Кисловодск» и «МархИ». Еще раз подтверждена необходимость перевооружения производства с использованием новых конструктивно-технологических подходов /2/ и решений, полученных и апробированных в последние годы.

Возможности повышения механических характеристик сопряжения элементов в какой-то мере реализованы в решениях, запатентованных в 1992 году /9/, однако здесь недостаточно удачно решены технологические вопросы сборки конструкции. В частности, остается невозможной затяжка сопряжений до уровня, позволяющего считать болт «высокопрочным».

В 2005 году мне удалось найти конструкцию сопряжения стержневого элемента с узловыми элементами, которая при минимальном количестве деталей имеет максимально высокие механические характеристики. В частности, возможность неограниченного предварительного натяжения крепежных деталей позволяет увеличить их расчетное сопротивление на 40%. Кроме того, варианты предлагаемого конструктивного решения корпуса стержня обеспечивают его абсолютную равнопрочность при растяжении, что обеспечивает безопасность за пределами упругих деформаций.

Положительное решение по заявке на полезную модель получено в конце 2006 г. /9/.

Из описания полезной модели нельзя получить представление о ее осуществимости, которая определяется суммой сопутствующих «ноу-хау». Освоение нового типа стержня упрощается тем, что он полностью взаимозаменяем с ныне используемыми стержнями «Кисловодск», «МархИ» и т.п. В настоящее время ЗАО Кисловодский ЗМК осваивает производство стержней по /9/.

Подготовлена к опытно-промышленному использованию установка для изготовления трубчатых стержневых элементов диаметром 57–76 мм. Установка для изготовления стержней диаметром до 133 мм готовится к лабораторным испытаниям.в 2007 г.

Новый тип стержня отличают:
- простота конструкции, пониженная металлоемкость;
- повышенная несущая способность при растяжении и сжатии ( около 15%);
- возможность варьирования класса прочности крепежа при сборке.

Предлагаемую технологию и оборудование отличают:
- безотходность, малое энергопотребление;
- возможность бесступенчатого варьирования диаметра и длины стержня;
- возможность освоения с минимальными капвложениями, доступными малому предприятию и индивидуальному предпринимателю.



2. Новая версия программы расчета.

Пространственная ферма с изгибно жесткими ( «рамными») узловыми сопряжениями стержней обладает технико-экономическими преимуществами, которые должны быть выявлены и реализованы на стадии пректирования в процессе подбора сечений стержней.

В начале 2006 г. был разработан новый вариант специализированной программы моделирования и анализа структурных конструкций. Он включает блок подбора сечений трубчатых стержней с учетом тех упруго-податливых защемлений, которые обусловлены изгибной жесткостью смежных стержней, сопряженных с рассматриваемым стержнем по его концам. Считается, что концы смежных стержней, не сопряженные с рассматриваемым, закреплены шарнирно.

Каждый из смежных стержней создает свою долю жесткости защемления, которая определяется его погонной изгибной жесткостью, а также знаком и значением действующего в нем продольного усилия. Доля жесткости защемления, образуемая смежным стержнем может иметь и отрицательный знак, когда сжимающее усилие в нем превышает критическое.

В качестве исходных параметров задаются:
- значения расчетного сопротвления материала при сжатии и растяжении;
- параметры зависимости j от l ;
- таблица подбора толщины стенки трубы в зависимомти от значения усилия.

Устойчивость итерационного процесса при подборе сечений в статически неопределимой системе поддерживается благодаря введению для каждой решаемой задачи ряда ограничений:
- по количеству итераций;
- по минимальным значениям диаметра и толщины стенки трубы;
- по максимальному значению сжимающего напряжения в долях критического.

Примеры расчета ранее запроектированных конструкций по новой программе с учетом равнопрочности растянутых стержней и реальных условий защемления сжатых стержней показали:
- не выходя за пределы упругих деформаций, можно увеличить несущую способность или уменьшить металлоемкость конструкций на 15%;
- с учетом возможных пластических деформаций снижение металлоемкости достигает 20%.
- с учетом уменьшения трудоемкости в приозводстве и монтаже общий экономический эффект от использования стержней по /9/ взамен применяемых ныне может достигать 25%.

Данная версия сохраняет преимущества всех предидущих, разработанных в течение последних трех лет. Наиболее интересна возможность оптимизации компоновочной и расчетной схемы несущего каркаса в диалоговом режиме. Последовательность действий такова:
- задав число ячеек каркаса по осям Х и У, получаем 3D изображение блока;
- удаляем на изображении блока заведомо ненужные стержни, вводим любые желаемые, придаем блоку желаемые уклоны, изломы и т.п., - получаем геометрическую схему в первом приближении;
- графически присваиваем узлам блока (в виде числовых обозначений) жесткие или податливые опоры, нагрузки по трем осям из заранее составленного списка, - получаем расчетную схему в первом прибл.;
- расчет длится несколько секунд; вычисленные значения усилия, площади сечения, толщины стенки индицируются вдоль изображения каждого стержня; вычисляется объем материала конструкции.

Оценивая результаты анализа в первом и последующих приближениях, можно вносить коррективы в расчетную схему, меняя ранее заданные параметры. Стержням можно присваивать любые желаемые значения параметров сечения, отличающиеся от ранее подобранных и фиксировать их.
Простота корректировки исходных данных и визуальный контроль результатов расчета в каждом из приближений позволяет быстро приблизиться к оптимуму по заранее заданному критерию, например, по металлоемкости блока.




3. К обеспечению безопасности большепролетных покрытий.

«Минимизация рисков, связанных со снеговыми перегрузками»

Текст доклада, прочитанного на конференции «Комплексная безопасность в строительстве»

Март 2006 г. Ростов-на-Дону.

Снеговые перегрузки, как источник рисков для объектов строительства, как-то не привлекали к себе особого внимания в прежние годы. К сожалению, именно этот фактор риска оказался на первом плане в зимнем сезоне 2005-06 гг.

Согласно действующим нормам (СНиП 2.01.07.-85, ГОСТ 27751-88) расчетная снеговая нагрузка определяется в результате статобработки метеоданных за период не менее 20 лет и устанавливается, как значение нагрузки, которое не может быть превышено чаще, чем 1 раз в 25 лет.
В действительности значительные превышения фактических снеговых нагрузок над уставленными ранее расчетными значениями наблюдались в 1994 и 2001 гг. Поправками к СНиП от 1 июля 2003 г. расчетные значения снеговых нагрузок были значительно увеличены (в Ростове с 70 до 120 кг/кв.м.).
Эта мера необходима, но достаточна ли она;
- во-первых, она касается только вновь проектируемых объектов, а как быть с уже построенными?;
- во-вторых, наблюдаемые у нас метеоизменения являются следствием глобальных климатических сдвигов, темпы развития которых, в принципе, непредсказуемы.
Практически, это значит, что резко возрастает вероятность катастрофических отказов несущих конструкций в тех зданиях и сооружениях, которые построены согласно ныне действующим нормам и, тем более, нормам, действовавшим до 2003 г .

Снеговые перегрузки наиболее опасны для легких большепролетных покрытий, для которых снеговая нагрузка является преобладающей и именно этим определяется лично мой особый интерес к этой тематике. Дело в том, что последние сорок лет я занимаюсь кругом проблем, которые связаны с проектированием, изготовлением, возведением и эксплуатацией структурных покрытий, собираемых из унифицированных элементов «Кисловодск», « МАрхИ» и т.п.
Начинал я в НИИ по строительству (Ростовский Промстройниипроект), затем - НИИМиПМ РГУ, ЦНИИЛМК и ЦНИИСК, затем фирма «Зкспостроймаш» и в последние годы – Кисловодский КЗМК. За эти годы по моим проектам возведено несколько большепролетных покрытий площадью от 3 до 6 тыс. кв. м, причем из них только 2 последних – по ныне действующим нормам.
Ясно, что эта тема мне до боли близка, но, постараюсь быть кратким. Обозначу только суть нового подхода к решению проблемы.
Очевидно, наиболее важные и сложные вопросы, связаны с формированием новой, более адекватной нормативной базы.

В прошлом году введен в действие очень важный документ:
ГОСТ Р 22.1.12-2005 "БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ. СТРУКТУРИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ"
ГОСТом установлены организационно-технические принципы и подходы к решению проблемы комплексной безопасности объекта строительства. Предписывается, в частности, что система защиты несущих конструкций от перегрузок, например, снеговых должна быть построена, как часть «системы мониторинга и управления инженерными системами здания…», т.е. должна быть совместимой с другими ее частями и, прежде всего, с противопожарной подсистемой, как наиболее широко применяемой и технически продвинутой. Таким образом, следуя ГОСТу, подсистема защиты от снеговых перегрузок не только может, но и должна быть построена аналогично противопожарной системе.
Первая задача, - наиболее важная и сложная из решаемых здесь технических задач - оповещение находящихся в здании людей о грозящей опасности. Решение ее, в принципе, должно быть вполне аналогичным системе автоматической противопожарной сигнализации. Принципиально важный момент состоит здесь в том, что согласно идеологии и тексту ГОСТа в качестве контролируемого дестабилизирующего фактора должна рассматриваться не степень перегрузки, а те опасные изменения в состоянии несущей конструкции, которые она вызывает.
Прежде всего, должны быть выбраны параметры состояния конструкции, по которым можно судить о возможности возникновения какого либо предельного состояния. Затем, необходимо подобрать подходящий тип преобразователя этих параметров в стандартные сигналы, например, электрические. Этим, по существу, исчерпывается специфика содержания задачи оповещения об опасности снеговой перегрузки. Далее - полная аналогия с системой противопожарной сигнализации.
Вторая задача – обеспечение беспрепятственного и быстрого удаление людей из опасной зоны. Она – вполне идентична по смыслу и способам решения в противопожарной системе.
Третья задача – устранение источника опасности.
С одной стороны, ее постановка и решение в нашем случае резко упрощается. Само возникновение опасного воздействия не столь неожиданно, темп его развития неизмеримо меньше, чем при пожаре. Поэтому и диапазон приемлемых решений гораздо шире: от ручной уборки снега до автоматических систем удаления снега с помощью подогрева или орошения кровли.
С другой стороны, для каждого конкретного объекта должны быть поставлена и решена задача выбора безопасной последовательности удаления снега с участков кровли. Решение такого рода задач наиболее важно, например, для покрытий, построенных по консольной или многопролетной схеме.

Информационная система защиты от снеговых перегрузок с элементами автоматизации, по сравнению с ныне действующей системой, имеет принципиально важные преимущества:
- радикально уменьшается или устраняется риск человеческих жертв;
- возникает возможность экономически оптимального проектирования с минимизацией чисто коммерческих рисков (при этом возможно уменьшение расчетных нагрузок и металлоемкости для многих объектов);
- такая система применима в ранее построенных и вновь строящихся объектах;
- не требуется многолетних метеонаблюдений;
- облегчается создание интегрированных систем комплексной безопасности строительных объектов.
Все это при лавинообразном развитии функциональных возможностей информационных устройств и их быстром удешевлении создает предпосылки резкого повышения эксплуатационной надежности объектов строительства с одновременным снижением их капиталлоемкости.

Как видим, для решения обсуждаемой проблемы мы имеем минимально необходимую нормативно-техническую базу. Хуже выглядит ситуция в нормативно – правовом аспекте.
К сожалению, в упомянутом ГОСТе нет привычной записи: «Несоблюдение стандарта преследуется по Закону». Она и не могла появиться, т.к. противоречит федеральному «Закону о техническом регулировании» 2002 г.
Для продвижения техники комплексной безопасности в практику строительства и эксплуатации объектов необходимы соответствующие нормативные документы, имеющие достаточную правовую силу, предусматривающие, в том числе, меры предупреждения и пресечения нарушений.
Мне не известно, рассматриваются ли эти вопросы на федеральном уровне. Известно только, что они поставлены и решаются на уровне Правительства Москвы.

В ноябре 2005 г. в Москве состоялась 3-я ежегодная международная научно-практическая конференция «Стройбезопасность 2005». Ее проводили:
- Комитет по архитектуре и градостроительству города Москвы;
- Департамент градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы;
- Центр новых строительных технологий, материалов и оборудования Москомархитектуры.
В решении конференции основное внимание уделено созданию и внедрению необходимой нормативной базы:
Во-первых, обеспечить реализацию ГОС Р 22.1.12-2005 на объектах Москвы, согласиться с включением в стоимость проектирования объектов оплату раздела «Комплексная безопасность».
Во - вторых, продолжить разработку следующих документов:
1. Закон города Москвы «О комплексном обеспечении безопасности аселения, территорий и объектов города Москвы» (выдвинут Мосгордумой);
2. Постановление Правительства Москвы «Об организации работ по обеспечению безопасности и антитеррористической защиты высотных зданий и объектов города Москвы»;
3. Общетехнический регламент «О комплексной безопасности зданий и сооружений. Общие положения».
В - третьих, приступить к разработке следующих документов:
- нормативного документа и расценок на процедуру мониторинга инженерных систем и конструкций зданий и сооружений;
- документа, регламентирующего основные требования по противопожарной защите и конструктивной безопасности с целью сокращения страховых рисков (с учетом требований, выдвигаемых страховыми компаниями, органами противопожарного надзора и инвесторами по опыту европейских стран).
Все это для использования в пределах Москвы.

Необходимо, конечно, получить больше информации о подобных разработках на федеральном уровне, но если, действительно, эти вопросы спущены на региональный уровень или уровень субъектов федерации, то нам пора по примеру Москвы начинать действовать в ЮФО самостоятельно. Московские документы могут быть приняты за основу и соответствующим образом адаптированы.
Важнейшее условие - финансирование, желательно бюджетное, но этот вопрос мы здесь не решим. Можем только более или менее точно его сформулировать в соответствующем пункте резолюции, чтобы предъявить региональным властям.
Другой подход – отвести страховщикам ведущую роль в обеспечении комплексной безопасности объектов. Тогда не нужны нормативы с юрсилой, не нужен большой бюджет. Нужна самая малость - закон об обязательном страховании объектов строительства и нормальная конкуренция на страховом рынке.