Конструкції для енергоефективного відновлення забудови, постраждалої від надзвичайних ситуацій




Скачати 147,04 Kb.
Дата конвертації23.10.2016
Розмір147,04 Kb.
Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка
КОНСТРУКЦІЇ ДЛЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОГО ВІДНОВЛЕННЯ ЗАБУДОВИ, ПОСТРАЖДАЛОЇ ВІД НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ
1. ВОСКОБІЙНИК Олена Павлівна – доктор технічних наук, професор Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
2. ВІРЧЕНКО Віктор Вікторович – кандидат технічних наук, старший викладач Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
3. СІВІЦЬКА Світлана Павлівна – кандидат економічних наук, доцент Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка


РЕФЕРАТ

Полтава – 2016

1. Вступ


Виникнення на частині території України надзвичайних ситуацій техногенного характеру призвело до масового пошкодження й руйнування житлових, громадських і виробничих будівель, споруд цивільного захисту населення, об’єктів інженерної інфраструктури тощо. Зважаючи на існуючий вітчизняний та закордонний досвід відбудови і сучасні передові технології будівництва й власні наукові розроблення, перспективним шляхом розв’язання цієї проблеми є запровадження нових енергоефективних методів термінового зведення й підсилення пошкоджених несучих та огороджувальних конструкцій для відновлення зруйнованої забудови в умовах стислих термінів будівництва під час дії та ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій природного й техногенного характеру.

Між тим існуючі вітчизняні технології будівництва потребують удосконалення з метою їх масового (серійного) застосування в районах, постраждалих від надзвичайних ситуацій. З огляду на суперечливі вимоги надійності й економічності, на заміну традиційної концепції «As Low As Practicable Achievable», активно розвивається концепція «прийнятного» ризику, що базується на аналізі економічних та неекономічних втрат, спричинених відмовами, і потребує розроблення практичних методів оцінювання та керування технічними ризиками експлуатації об’єктів будівництва.

Комплексне розв’язання цієї проблеми потребує розроблення та запровадження нових типів енергоефективних будівельних конструкцій, методів і технологій їх проектування та зведення, а також оцінювання ефективності інвестування з урахуванням міжнародного досвіду розвитку впровадження енергоефективних технологій та альтернативної енергетики як пріоритетного напряму державної політики на сучасному етапі розвитку української економіки.

З точки зору енергоефективності важливим є вибір раціональних режимів та параметрів експлуатації обладнання, що зумовлює необхідність проведення комплексних досліджень робочих процесів механізованих відновлювальних робіт.

Отже, актуальність розв’язання поставлених у роботі завдань зумовлена необхідністю мінімізації вартості та термінів виконання комплексу відновлювальних робіт: обстеження, оцінювання технічного стану пошкодженої забудови, визначення пріоритетів інвестування під час комплексного відновлення та відбудови постраждалих районів, ефективного виконання відновлювальних будівельних робіт у стислих умовах дії та ліквідації надзвичайних ситуацій природного та техногенного (в тому числі від наслідків військових дій) характеру.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень відповідає напрямам науково-технічної політики держави в галузі оцінювання технічного стану будівель і споруд згідно з постановами Кабінету Міністрів України: від 5 травня 1997 р. № 409 «Про забезпечення надійності й безпечної експлуатації будівель, споруд та мереж», від 20 серпня 2000 р. №1313 «Про затвердження програми запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного і природного характеру на 2000 – 2005 роки» зі змінами і доповненнями, внесеними постановами Кабінету Міністрів України від 15 травня 2003 року № 717 та від 21 червня 2004 року № 792, від 15 лютого 2002 № 175 «Про затвердження Методики оцінки збитків від наслідків надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру», від 23 травня 2011 № 547 «Про затвердження Порядку застосування будівельних норм, розроблених на основі національних технологічних традицій, та будівельних норм, гармонізованих з нормативними документами Європейського Союзу».

Дослідження виконувалися в Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка (далі ПолтНТУ), а їх основні результати було реалізовано в межах низки держбюджетних прикладних науково-дослідних робіт: «Оцінювання надійності та ризиків несучих та огороджувальних будівельних конструкцій» (№ д.р. 0111U000839), «Регулювання надійністю та ризиками будівельних конструкцій» (№ д.р. 0113U000382), «Створення та впровадження у будівельне виробництво мобільного гідроприводного штукатурного агрегату» (№ д.р. 0109U001522), «Економічна ефективність та соціальна стабільність розвитку регіонів у системі забезпечення економічної безпеки України» (№ д.р. 0112U001461), «Формування інноваційних форм господарського механізму в Україні» (№ д.р. 0112U002319).


1. Мета і завдання роботи


Метою роботи є комплексне розв’язання проблеми енергоефективного відновлення (реконструкції, підсилення) промисловості, житлової та громадської забудови й інженерної інфраструктури районів, постраждалих від наслідків надзвичайних ситуацій природного і техногенного (в т. ч. від військових дій) характеру із застосуванням нових комплексних високотехнологічних та ресурсоекономних методів і конструкцій.

У рамках застосування нового комплексного підходу в роботі було розв’язано низку актуальних на сьогодні теоретично-експериментальних та практичних завдань, основними серед яких є:



  • розроблено типологію та виконано проектний аналіз можливих дефектів, пошкоджень і відхилень виготовлення й монтажу основних типів несучих будівельних конструкцій, що потребують відновлення, підсилення чи реконструкції;

  • сформульовано методологічні основи утворення комплексних сталезалізобетонних конструкцій для енергоефективного підсилення найбільш поширених типів пошкоджених сталевих та залізобетонних несучих елементів;

  • розроблено рекомендації з обстеження та оцінювання технічного стану сталезалізобетонних конструкцій і проектування енергоефективного підсилення пошкоджених будівельних конструкцій з утворенням комплексних ресурсоекономних та високотехнологічних конструкцій;

  • розроблено принципову схему мобільного малогабаритного агрегату підвищеної ефективності для приготування бетонних сумішей із дрібнозернистими та пінополістирольними заповнювачами, а також будівельних розчинів різного складу та рухомості, що складається з стрічково-лопатевого змішувача та розчинобетононасоса, оснащених гідравлічним приводом, визначено раціональні режими його роботи;

  • експериментально-теоретичним шляхом досліджено особливості роботи і напружено-деформованого стану різних (найбільш поширених) типів пошкоджених та підсилених несучих будівельних конструкцій, розроблено методи їх розрахунку та проектування;

  • проведено статистичний аналіз розподілу параметрів характерних дефектів і пошкоджень несучих сталевих, залізобетонних та комплексних – сталезалізобетонних конструкцій їх підсилення, сформульовано ймовірнісні критерії відмов (визначення граничних станів), моделі й методи розрахунку безвідмовності пошкоджених конструктивних елементів;

  • розроблено рекомендації щодо встановлення часткових коефіцієнтів надійності при оцінюванні технічного стану пошкоджених та підсилених з утворенням сталезалізобетону конструкцій залежно від умов їх виготовлення, експлуатації та методів обстеження;

  • розроблено рекомендації щодо імплементації європейських норм розрахунку сталезалізобетонних конструкцій (Eurocode 4) у будівельну галузь України;

  • розроблено теоретичні основи оцінювання технічного стану пошкоджених будівельних конструкцій шляхом визначення показників їх фактичної безвідмовності із застосовуванням теорії ризиків;

  • розроблено науковий підхід до визначення стратегічних пріоритетів інвестування при відновленні районів, постраждалих від надзвичайних ситуацій природного і техногенного характеру з упровадженням енергоефективних технологій та альтернативної енергетики і визначено концептуальні засади формування організаційного й економічного забезпечення управління інвестиційним процесом відновлення постраждалих районів;

  • результати досліджень упроваджено під час оцінювання технічного стану та проектування підсилення з утворенням ефективних комплексних сталезалізобетонних конструкцій, а також при новому будівництві з використанням індивідуальних енергоефективних конструктивних рішень.

2. Наукова новизна та практична значимість роботи


Наукову новизну роботи становлять удосконалені аналітичні моделі напружено-деформованого стану пошкоджених сталевих, залізобетонних та сталезалізобетонних конструкцій, а також нові статистичні дані щодо розподілу параметрів їх дефектів і пошкоджень та удосконалені ймовірнісні критерії відмов й методи розрахунку надійності таких елементів. У роботі запропоновано нові оптимізаційні ймовірнісно-вартісні моделі та критерії розмежування технічних станів пошкоджених об’єктів будівництва, що ґрунтуються на мінімізації функції середнього ризику помилкової діагностики під час обстеження.

Вперше розроблено математичну модель робочого процесу приготування бетонних сумішей та будівельних розчинів у стрічково-лопатевому змішувачі мобільного малогабаритного агрегату, за якою знайдено залежності для визначення основних показників роботи обладнання. Визначено закономірності, що описують процес приготування бетонних сумішей та будівельних розчинів різного складу та рухомості при використанні стрічково-лопатевого змішувача. Встановлено межі раціональних режимів роботи агрегату в процесі приготування та транспортування бетонних сумішей і будівельних розчинів різного складу та рухомості.

Вперше розроблено науковий підхід до визначення стратегічних пріоритетів інвестування при відновленні районів, постраждалих від надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру, з упровадженням енергоефективних технологій та альтернативної енергетики, який передбачає координацію інвестиційних процесів у регіональному розрізі та за видами альтернативної енергетики, застосування якого дає змогу вдосконалити процес управління інвестиціями в умовах багатоваріантності вибору напрямів реалізації інвестиційного процесу.

Одержані в роботі наукові результати мають суттєве практичне значення, що полягає у розробленні рекомендацій з обстеження та оцінювання технічного стану пошкоджених сталевих, залізобетонних та комплексних – сталезалізобетонних конструкцій їх підсилення. Запропоновано типові схеми та рекомендації з проектування термінового енергоефективного підсилення (відновлення) залізобетонних та металевих конструкцій з утворенням комплексних ресурсоекономних та високотехнологічних конструктивних елементів, придатних для використання в умовах дії та ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій.

Для енергоефективного виконання відновлювальних будівельних робіт розроблено нову принципову схему мобільного малогабаритного агрегату підвищеної ефективності для приготування бетонних сумішей із дрібнозернистими та пінополістирольними заповнювачами, а також будівельних розчинів різного складу та рухомості, призначену для застосування в районах, постраждалих від надзвичайних ситуацій, у стислих умовах їх дії та ліквідації.

Застосування розроблених у роботі практичних методів керування технічними ризиками дає змогу оптимізувати витрати на заходи із конструктивної безпеки на всіх етапах життєвого циклу об’єктів будівництва з урахуванням їх призначення, фактичних умов експлуатації, технічного стану тощо.

Впровадження запропонованої моделі реалізації інвестиційного процесу з урахуванням визначених стратегічних пріоритетів у сфері впровадження енергоефективних технологій та альтернативної енергетики при комплексному відновленні, дає змогу скоординувати інвестиційні процеси в регіональному розрізі й сформувати державну економічну політику з позиції відповідності пріоритетам розвитку територій, постраждалих від надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру.

3. Основні науково-технічні результати роботи


Робота розв’язує нагальну на сьогодні в Україні проблему комплексного відновлення промисловості, житлової забудови й інженерної інфраструктури, безпеки і нормальних умов життя населення районів, постраждалих від наслідків надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру (в тому числі від військових дій).

З метою одночасного забезпечення вимог щодо економічності й надійності об’єктів, які потребують відновлення (реконструкції, підсилення) на всіх етапах їх життєвого циклу, в роботі запропоновано нові підходи та розроблено теоретичні основи оцінювання й нормування технічних станів найбільш поширених типів будівельних конструкцій, які зазнали пошкоджень внаслідок непроектних впливів різного, в тому числі техногенного походження, що базуються на застосуванні комплексних методів керування технічними ризиками.



На основі проведеного типологічного аналізу характерних пошкоджень сформульовано методологічні основи енергоефективного підсилення (відновлення) несучих конструктивних елементів з утворенням комплексних – сталезалізобетонних конструкцій, що на відміну від існуючих аналогів є більш економічними, технологічними та надійними.

Значну увагу приділено вдосконаленню методів оцінювання надійності пошкоджених будівельних конструкцій, нормуванню їх розрахунку, а також розробленню високоефективного, продуктивного, енергоефективного малогабаритного обладнання (на рівні світових аналогів) для комплексної механізації робіт (приготування, перекачування, транспортування та нанесення будівельних розчинів різного складу та рухомості, а також бетонних сумішей із дрібнозернистим або пінополістирольним заповнювачем) в умовах будівельного майданчика, призначеного для застосування під час ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру.

Запропоновано науковий підхід до визначення стратегічних пріоритетів інвестування при комплексному відновленні районів, постраждалих від надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру, з упровадженням енергоефективних технологій та альтернативної енергетики, який передбачає побудову матриці вибору стратегічних пріоритетів з координацією інвестиційних процесів у регіональному розрізі та за видами альтернативної енергетики, застосування якого дає змогу вдосконалити процес управління інвестиціями в умовах багатоваріантності вибору напрямів реалізації інвестиційного процесу.

Серед переваг розроблених у роботі комплексних методів енергоефективного відновлення, реконструкції (підсилення) та зведення громадських, житлових і виробничих будівель перед існуючими аналогами слід відмітити їх підвищену індустріальність, надійність, а також ресурсоекономність, що загалом дозволяє суттєво (майже втричі) скоротити вартість і терміни відновлювальних будівельних робіт.

На відміну від відомих загальних підходів до проектування будівельних конструкцій розроблені в роботі нові оптимізаційні математичні моделі, ймовірнісно-вартісні критерії та комплексні методи керування технічними ризиками дають змогу оптимізувати витрати на заходи із забезпечення конструктивної безпеки об’єктів будівництва на всіх етапах життєвого циклу (проектування, зведення, експлуатації, відновлення, ліквідація), враховуючи їх призначення, фактичні умови експлуатація, технічний стан тощо.


4. Техніко-економічні показники


Очікуваний економічний ефект від застосування розроблених у роботі типових проектних рішень термінового підсилення з використанням комплексних – сталезалізобетонних конструкцій виробничих, громадських і житлових будівель матиме місце за рахунок економії на вартості проектних робіт при відновленні постраждалої внаслідок надзвичайних ситуацій забудови в межах одного типового мікрорайону. Застосування розроблених у рамках цих досліджень нових типів ресурсоекономних технологій дозволить суттєво знизити енергоємність (до 10 кВт/год на рік на 1 м2 продукції) та матеріалоємність (до 5 кг витрат сталі на 1 м2 продукції) будівництва. Економічний ефект від упровадження розроблених у рамках проекту типових конструктивних рішень і схем відновлення та підсилення пошкоджених несучих будівельних конструкцій становить 100 тис. грн на одне типове підсилення за умови масового (понад 20 одиниць продукції) використання. Існуюча на сьогодні в Україні науково-дослідна та виробнича інфраструктура будівельної галузі цілком дозволяє реалізувати розроблену науково-технічну продукцію протягом двох років.

При загальних обсягах відновлення об’єктів із застосуванням запропонованих конструкцій в Україні 6,9 млрд. грн. за рік потенційний економічний ефект від упровадження високоефективних технологій і комплексних сталезалізобетонних конструкцій становитиме 1,32 млрд. грн./рік.

Економія сталі при застосуванні комплексних збірно-монолітних сталезалізобетонних конструкцій під час підсилення та нового будівництва при комплексному відновленні постраждалої забудови складає до 5 – 8 кг/м2, а бетону 0,06 – 0,09 м32 порівняно із застосуванням традиційних сталевих та залізобетонних конструкцій. Скорочення витрат праці при застосуванні механізованого транспортування бетонних та розчинних будівельних сумішей за допомогою створеного обладнання нового покоління становить до 40%.

На відміну від традиційного обладнання застосування розробленого в роботі нового агрегату, призначеного для приготування, перекачування, транспортування до місць використання та нанесення будівельних розчинів різного складу та рухомості та бетонних сумішей із дрібнозернистим та пінополістирольним заповнювачем, дає змогу скоротити енерговитрати на виробничі процеси завдяки своїм невеликим габаритам, розширити діапазон можливостей застосування завдяки мобільності (можливості вільного переміщення як по будівельному майданчику, так і всередині багатоповерхової будівлі), та підвищити продуктивність праці шляхом можливості плавного налаштування режимів та параметрів роботи системи (за допомогою гідроприводу) відповідно до вимог конкретного будівництва, типу, виду та складу робочого середовища. Підвищення продуктивності праці за умов застосування комплексної технології виконання робіт сягає 2 – 2,5 разу залежно від типу сталезалізобетонних конструкцій.


4. Впровадження результатів досліджень


Результати досліджень реалізовано в нормативних документах України: ДCTУ-Н Б В.1.2-16:2013 «Визначення класу наслідків (відповідальності) та категорії складності об’єктів будівництва», зміна №1 до ДСТУ-Н Б EN 1994-1-4:2010 «Єврокод 4. Проектування сталезалізобетонних конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила і правила для споруд (EN 1994-1-1:2004, IDN)», ДСТУ Б В.2.6-ХХХ:201Х «Оцінка технічного стану будівельних сталевих конструкцій, що експлуатуються» (проект) і покладено в основу ДСТУ «Оцінка технічного стану сталезалізобетонних конструкцій будівель та споруд, що знаходяться в експлуатації».

Результати роботи було використано при обстеженні, проектуванні підсилення й реконструкції та будівництві низки об’єктів, а саме: ВАТ «ПМК-72» (реконструкція виробничих будівель ЧПС «Зоря» та будівлі Облспоживспілки в м. Полтава); ПАТ «Кременчуцьке кар’єроуправління «Кварц»», м. Кременчук Полтавської обл. (споруди навантажувальних бункерів та транспортних галерей); ВАТ «Кременчуцький завод технічного вуглецю»,


м. Кременчук Полтавської обл. (відділення переробки сажі №2) – обстеження, оцінка технічного стану, розроблення рекомендацій щодо підсилення з утворенням ефективних сталезалізобетонних конструкцій; на об’єктах
ТОВ «Етуаль» (зокрема виробничі цехи комплексу з переробки сої
в м. Глобине Полтавської обл.) – проектування індивідуальних сталезалізобетонних конструкцій перекриттів, що працюють при високих рівнях навантаження, та сходів; Світловодський завод швидкомонтованих будівель ЗАТ «Об’єднання Дніпроенергобудпром» (будівництво цеху з переробки природного каменю в с. Малофедерівка Казанського району Миколаївської обл.) – розроблення конструкцій сталезалізобетонних ригелів прольотом 13,5 м; СПД Голего М.В. (будівництво житлових комплексів) – актуарні розрахунки; НВП «Техногаз», ПолтНТУ – проектний аналіз технічних ризиків та ймовірних сценаріїв можливої аварії, обґрунтування класу наслідків та категорії складності об’єкта будівництва (капітального ремонту);
ВАТ «Полтаватрансбуд» (будівництво житлових комплексів) – приготування робочих сумішей, їх перекачування, транспортування, нанесення та використання на місцях шляхом заливання стяжок підлог.

Практичні результати інвестиційних досліджень було використано Департаментом економічного розвитку Полтавської обласної державної адміністрації при розробленні проекту «Стратегії соціально-економічного розвитку Полтавської області до 2020 року», Головним управлінням Державної казначейської служби України в Полтавській області. Пропозиції щодо визначення стратегічних напрямів інвестування були використані Green World Group LTD. Проведена порівняльна оцінка інвестиційних проектів використано Спільним українсько-індійським підприємством «КОРАСА». Запропоновані рекомендації щодо обґрунтування необхідності та оцінки ефективності впровадження енергоефективних технологій при відновленні соціальної інфраструктури було використано Федерацією футболу України. Методичний підхід до визначення стратегічних пріоритетів інвестування, що враховує територіальний розподіл потенціалу, використано ТОВ КФТК «Спільне Українсько-Британське підприємство «ЄВРОКРИМ». Методику вибору реальних об’єктів інвестування використано ТОВ «Сканмікс-Україна».

Крім цього, результати досліджень широко використовуються під час підготовки висококваліфікованих фахівців будівельних, механічних, нафтогазових та економічних спеціальностей у ПолтНТУ, зокрема при викладанні курсів «Опір матеріалів (спецкурс)», «Технічна експлуатація будівель та споруд», «Спеціальні інженерні конструкції споруд та мереж», «Будівельна техніка (спецкурс)», «Механічне обладнання заводів будівельної індустрії», «Гідравліка, гідро- та пневмопривод», «Проектне фінансування», «Інвестиційне кредитування», а також виконання дипломних і магістерських робіт за спеціальністями «Промислове та цивільне будівництво», «Підйомно- транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання», «Фінанси і кредит».

5. Публікації та апробація результатів досліджень


Основні результати досліджень висвітлено у двох монографіях та 113 наукових статтях, отримано п’ять патентів на корисні моделі, а також широко впроваджено в практику будівництва.


Автори:

_______________ О.П. Воскобійник

_______________ В.В. Вірченко

_______________ С.П. Сівіцька


«25» січня 2016 р.


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка