Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состоиние проблемы реконструкции жилого фонда .
1.1. Обзор инженерно-технической практики реконструкции типового малоэтажного жилья
1.2. Опыт применения объемно-блочных строительных систем. Выбор основного технического направления
1.3. Сравнительный анализ объёмно-планировочных решений типовых зданий первого периода индустриального домостроения и существующих методик их модернизации
1.4. Обзор экспериментально-теоретических исследований объёмно-блочных конструкций
1.5. Основные выводы. Цель и задачи диссертации
Глава 2. Теория проектирования универсальной индустриальной строительной системы УИСС «КОРОБ».
2.1. Основные определения. Структура УИСС «КОРОБ». Требования, предъявляемые к системе и её элементам
2.2. Методика проектирования базовых блоков на основе Единой Модульной Координирующей Сетки (ЕМКС)
2.3. Теория расчёта. Выбор и обоснование деформационной расчётной модели. Расчётные формулы
2.4. Выбор численного метода расчёта как базовой основы для разработки САПР УИСС «КОРОБ»
2.5. Численное исследование напряжённо-деформированного состояния базового модуля «КОРОБ» с комбинированной конструкцией внешней плиты (МКЭ) стр.
2.6. Экспериментальное обоснование теории расчёта и проектирования технологии УИСС «КОРОБ».
а) Характеристика физической модели
б) Методика и результаты исследования і
в) Сравнительная; оценка результатов расчёта с. опытом.
2.7. Выводы по 2 главе:
Глава 3. Полигонная технология- производства объёмных- блоков. Номенклатура изделий. Технико-экономическая эффективность УИСС «КОРОБ».
3.1. Технология и технологическая основа изготовления объёмных блоков «КОРОБ» в условии полигона :
а) Организация: полигона. Технологическое оборудова ние и формовочные установки
б) Технология изготовления:
в) Системы армирования базового модуля;
г) Стыковые соединения.
3.2. Область применения: Номенклатура объёмных элементов...
3.3. Технико-экономическая эффективность УИСС «КОРОБ».. 3.4; Выводы по 3 главе.
Общие выводы: Направления дальнейших исследований.
Литература:
- Обзор инженерно-технической практики реконструкции типового малоэтажного жилья
- Сравнительный анализ объёмно-планировочных решений типовых зданий первого периода индустриального домостроения и существующих методик их модернизации
- Основные определения. Структура УИСС «КОРОБ». Требования, предъявляемые к системе и её элементам
- Технология и технологическая основа изготовления объёмных блоков «КОРОБ» в условии полигона
Введение к работе
Решение жилищной проблемы остаётся важной государственной задачей. Одним из направлений её решения в условиях ограничений финансовых и материальных ресурсов является реконструкция зданий старой застройки.
Важность проблемы определяется моральным износом домов малоэтажного фонда, составляющего по России более 250 млнм2 и требующего его реконструкции в ближайшие 10 лет во избежании полного выбытия из эксплуатации.
Наряду с ликвидацией многочисленных планировочных недостатков здания, построенные по типовым проектам, требуют принятия решений по увеличению общей площади и строительного объёма, преобразованию типовой архитектуры фасадов.
Кроме того, в соответствии с требованиями СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» уровень теплозащиты зданий должен быть повышен на 40%, что требует устройства дополнительной теплозащиты ограждающих конструкций.
В сложившейся ситуации весьма актуальной является, так называемая, архитектурная реконструкция, которая комплексно решает задачи увеличения общей площади и строительного объёма за счёт пристройки лоджий, эркеров, надстройки мансардных этажей; модернизации наружных стен в соответствии с нормативными требованиями к термическому сопротивлению теплопередаче.
Тем не менее, не смотря на важность проблемы эффективная реконструкция малоэтажного жилого фонда в значительной мере сдерживается как минимум двумя аспектами:
1) Отсутствием специальных нормативных документов (СНиП), учитывающих особенности существующих зданий и ситуации, в которых осуществляется их реконструкция. При проектировании реконструкции приходится пользоваться указаниями норм строительного проектирования но -4-вых жилых зданий. 2) Отсутствием высокоиндустриальной технологии, обеспечивающей переустройство жилого дома, включая решение задач архитектурной реконструкции фасадов.
Поискам методов модернизации типовых зданий посвятили свои исследования : В;Н. Кутуков [50], А.И. Лысова [53], Н.Н. Миловидов [67], Б.Я. Орловский [67], Б.Р. Рубаненко [100], Н.М. Саенко [101], ВХ Соколов [104, 105], Г.Ф. Тимохов [112], К.А. Шарлыгина [53, 121], М.С. Шумилов [123] и др.
В работах перечисленных авторов проблема комфортности жилища решалась только за счёт более или менее удачной перепланировки или переориентации назначения жилых помещений в границах существующего остова. В результате были получены планировки квартир либо недостаточно современные по решению, либо утрачивалась значительная часть жилой площади.
В результате наших исследований установлено, что основная задача повышения комфортности малометражных квартир до современного уровня может быть решена, прежде всего, за счёт увеличения площадей общего пользования.
Наилучшим техническим решением этой задачи является пристройка дополнительных объёмов (лоджий, эркеров) к увеличиваемым помещениям (кухням комнатам), что позволяет более радикально менять планировочную структуру квартир и объёмно-пространственные решения самих зданий.
Реализация технического решения проекта реконструкции на индустриальной основе неизбежно вступит в противоречие с художественным восприятия здания в целом. Тем не менее, очевидно, что неиндустриальными методами решить проблему реконструкции типового жилого фонда в масштабах всей страны - невозможно.
Преодоление этих противоречий на основе разработки и внедрения универсальной индустриальной строительной системы УИСС «КОРОБ», использующей с качестве базового конструктивного и технологического модуля железобетонный блок типа «КОРОБ» является целью диссертации.
Актуальность диссертационной работы определяется отсутствием единой теории проектирования и технологии изготовления базовых элементов У И СС «КОРОБ».
Преимуществами УИСС «КОРОБ» являются её мобильность, малая энерго- и ресурсоёмкость производства, простота технологического оборудования, наличие устойчивого адаптационного механизма, способного быстро реагировать на изменение конъюктуры строительного рынка и социальную ситуацию в районе застройки.
Разработанное в диссертации программное обеспечение позволяет согласовывать различные параметры составляющих подсистем проектирования и производства, что сокращает сроки на поиск оптимального конструктивного решения объёмного модуля и подбор наиболее рациональной номенклатуры изделий.
Исследованиями российских и зарубежных экономистов установлена, общая тенденция снижения стоимости и трудоёмкости объёмно-блочного строительства в сравнении с традиционными методами [11, 39, 91, 125].
Тем не менее развития объёмно-блочных строительных систем в России не произошло.
Главными причинами были большая фондоёмкость производства, сложность технологии, высокая стоимость оборудования, ограниченность номенклатуры выпускаемой продукции, отсутствие технологической гибкости производства.
Объёмно-блочная технология УИСС «КОРОБ» свободна от всех перечисленных недостатков. Её характеризует единый строительный и технологический базовый модуль в виде монолитной рамно-плоскостной конструкции типа «КОРОБ», состоящей из железобетонных панелей стен и плит перекрытий, жёстко соединённых в узлах, и технология формования объёмных модулей, основанная на методе неподвижного сердечника как наиболее прогрессивном.
Из всех возможных технических направлений ОБД технология УИСС «КОРОБ» является наиболее перспективной.
Большой вклад в исследование и развитие методов расчёта и принципов конструирования объёмных блоков внесли учёные и специалисты различных научных и проектных организаций в том числе: Б.М. Баришполь-ский.[4], В.П. Белов [5], Л.Ф. Березовский [7], П.И. Бронников [10], Э/Л. Вайсман [14, 71, 115], Ю.Г. Граннк [26], С.С. Кротовский [26, 47], Н.Л. Ле-воитин [79], В.И. Майоров [54-58, 128], Ю.Б. Монфред [71], Н.Л. Николаев [26, 79], Л.Т. Подольский [58, 85], А.А. Тучнин [115], Е.Е. Шамис [120], А.С. Штейнберг [122] и другие [118, 119].
К сожалению, результаты расчётов, выполненных по существующим методикам приводят к 2-3-х кратному запасу прочности конструкции по сравнению с расчётной.
Основными причинами являются: несоответствие расчётных схем действительному напряжённому состоянию в рабочих сечениях конструкции, неучтёнными резервами прочности и деформативности конструктивных материалов, а также рядом других факторов, влияющих на достоверность определения предельной несущей способности и трещи ностойкости объёмного блока.
Существующие методы расчёта железобетонных конструкций в значительной степени условны: усилия определяются из расчёта упругой стадии работы конструкции методами строительной механики, а подбор сечений— по предельным состояниям за пределом упругости.
Известно большое многообразие расчетных моделей, в основу которых положены варианты теории железобетона Г.А. Гениева [21-23], Н.И. Карпенко [41, 42], В.И. Мурашева [74] и др.
Железобетон, в большинстве случаев, рассматривается исходя нз условий нелинейного деформирования бетона.
При этом нелинейность деформирования бетона, по мнению многих авторов [3, 8, 16, 21, 32, 41, 74, 80, 84, 88, 126] объясняется его пластическими деформациями, которые, в отличие от арматурной стали, появляются уже с самого начала нагружения.
Существует достаточное количество аналитических выражений учета, физической нелинейности бетона: В;Н; Байкова [3], В.М; Бондаренко [8, 9], А.А, Гвоздева [17-20], К.З. Галустова [16, 17], Н.Ф. Давыдова, Н.И. Карпенко [41, 42],. Г.В. Леонтьева, B.C. Мартемьянова, Г.В. Марчукайтиса, В.М. Митасова [68], В.Г. Назаренко [75], А.В. Яшина [126].
Отличием объёмного базового модуля является то, что составляющие его элементы (плиты, стенки) являются слабоармированными (/I«0,016),
Согласно действующим нормативным документам [109] несущая способность железобетонного слабоармированного элемента исчерпывается одновременно с образованием трещины в бетоне растянутой зоны \пп. 1.19, 4.9] вследствие чего рекомендуется увеличить площадь сечения растянутой арматуры по сравнению с требуемой из расчёта по прочности не менее чем на 15%.
Таким образом, в соответствии с [109] железобетонный слабоармиро-ванный элемент, работающий на изгиб, приравнивается к неармированному бетонному элементу, что не отражает реального напряжённо-деформированного состояния тонкостенной железобетонной конструкции, согласно экспериментальным исследованиям В.И. Майорова [55].
Восполнить недостающий пробел в теории железобетона тонких сла-боармированных плит, работающих преимущественно на изгиб, является одной из задач данной работы.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и соответствующих приложений.
В первой главе приведён анализ теоретических и экспериментальных исследований в области реконструкции, опыт проектирования объектов реконструкции, а также существующих методов расчета объёмных элементов.
На основании результатов анализа сформулированы цель и задачи диссертации, основными из которых являются:
1) Разработка «сквозной» теории проектирования базовых блоков на основе Единой Модульной Координирующей Сетки (ЕМКС);
2) Разработка системы безсварочных стыковых соединений, позволяющей соединять отдельные модули в конструкцию и сооружение;
3) Создание расчётной базы системы и её экспериментальное обоснование;
4) Разработка широкой номенклатуры архитектурных модулей, предназначенных для реконструкции типовых домов;
5) Разработка экономически эффективной полигонной технологии производства объёмных блоков и принципиального технического решения формовочного стенда для изготовления широкой номенклатуры объёмных элементов на одной формовочной машине.
Вторая глава посвящена разработке «сквозной» теории проектирования УИСС «КОРОБ», экспериментальному и теоретическому обоснованию достоверности методики расчёта.
Новыми результатами второй главы являются: в теории проектирования
Разработка структурной схемы УИСС «КОРОБ» с учётом требований постиндустрии;
Разработка многофункциональной Единой Модульной Координирующей Сетки (ЕМКС), обеспечивающей решение вопросов конструирования и расчёта базовых модулей, согласования их габаритных размеров с параметрами конструктивно-планировочных характеристик объектов реконструкции, производственно-технологического оборудования и требованиями монтажа;
Разработка универсальной сетки стыковых соединений, обеспечивающей стыковку модулей между собой во всех трёх плоскостях блокировки посредством системы привязок;
Проектиропание нового базового модуля с комбинированной внешней плитой, включающей дополнительный слой из лёгкого бетона на заполнителях из пластмасс.
В теории расчёта предложена деформационная модель расчёта, учитывающая работу бетона в растянутой зоне плиты: и градиент, напряжений в вершине трещины [55]І Получены основные расчётные формулы для определения Mt-Ny. (23;12, 2.3.23 - 2.3;27), связывающие внешние усилия с параметрами внутреннего сопротивления рабочего сечения. Разработана численная расчётная модель на основе метода конечных элементов (МКЗ), являющаяся базовой основой для создания САПР; Обоснованы предложенные расчётные схемы и формулы путём; сопоставления теоретических результатов -. с данными эксперимента, поставленного на крупномасштабной; физической модели базового блока «КОРОБ».
Третья ;глава посвящена разработке номенклатуры объёмных элементов и усовершенствованию технологии производства объёмных блоков.
Результаты исследований і второй; главы послужили основой для разработки широкой номенклатуры архитектурных модулей, предназначенных для реконструкции типового малоэтажного жилья.
Для объединения отдельных блоков в конструкцию и сооружение разработана унифицированная-энергоэффективная система и безеварочных. стыковых, соединений, защищенная: двумя патентами P J h № 2249656 и №-2249657-[63, 64].
Разработана технология производства объёмных блоков в условии полигона. Усовершенствован стенд для формования объёмных элементов, позволяющий выпускать всю номенклатуру объёмных блоков на одной формовочной машине.
-10 Приведено обоснование технико-экономической эффективности технологии УИСС «КОРОБ» на примере проектного предложения реконструкции малоэтажного типового дома серии № 1-464.
В заключение: сформулированы основные результаты диссертации и цели дальнейших исследований.
Практическая значимость диссертации определяется широкой областью применения технологии УИСС «КОРОБ», начиная от реконструкции типового жилого фонда и нового строительства жилых домов разной этажности и- индивидуальных домов усадебного типа до зданий;и сооружений различного назначения.
Разработанная технология характеризуется мобильностью, малой энерго- и ресурсоёмкостьго, способна выдержать конкуренцию мирового строительного рынка.
Обзор инженерно-технической практики реконструкции типового малоэтажного жилья
Жилой: фонд старой застройки городов, сформированный в разные исторические периоды, объединяет разнохарактерные сооружения, различающиеся но капитальности, этажности, конструкциям, технологии возведения, архитектурной и исторической ценности, а также по уровню благоустройства, объёмно-планировочным решениям квартир и т.д. С учётом перечисленных признаков, а также времени возведения, типовые представители зданий жилого фонда, подлежащего реконструкции можно разделить на 4 основные типологические группы. По данным Российского статистического ежегодника численное соотношение указанных групп на примере застройки .Москвы показано в таблице 1.1.1 [99].
Из относительно большого перечня и многообразия, составляющих таблицу 1.1.1 типологических групп наиболее актуальными в социальном отношении, технически и экономически целесообразными для реконструкции являются дома, представленные: - массовой каменной застройкой 1930-х гг. (подгруппа 11-6):. - массовой каменной застройкой послевоенных лет 1945-1955 гг. (подгруппа 111); - типовыми кирпичными, блочными и крупнопанельными зданиями с малометражными квартирами, построенными в первый период массового индустриального домостроения 1950-1960 гг. (подгруппы IV-a. IV-6, IV в) При этом несомненно, что наибольший: интерес представляют дома, построенные по типовым проектам первых массовых серий (1-464, 1-447, 1 511, 1-510, 1-515 и др.) ввиду масштабности этого жилого фонда.
Характерные представители, перечисленных типологических групп принимаются нами за базовые и подлежат дальнейшему, более детальному, исследованию по основным показателям объёмно-планировочных решений, конструктивным схемам, материалам несущего остова являющихся ключевыми условиями модернизации объёмно-планировочного и технического решений проекта реконструкции (см. параграф 1.3).
Наряду с ликвидацией многочисленных планировочных недостатков типовые здания требуют принятия кардинальных решений по преобразованию их однообразных фасадов.
С этой целью разрабатывается номенклатура архитектурных модулей, которые отличаются не только широкой цветовой гаммой и фактурой отделки защитно-декоративного слоя, но и позволяют путем их сдвижки в плоскости фасада менять пластику здания в целом, создавая, таким образом, индивидуальное архитектурное решение объекта реконструкции.
Кроме того, изменения к СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» привели к тому, что ограждения наружных стен большинства жилых :дании. в том числе и подлежащих реконструкции, перестали соответствовать термическому сопротивлению теплопередаче и требуют устройства до-гюл нител ьной теплозащиты.
На сегодняшний день проектными и строительными организациями накоплен значительный опыт в области устройства теплозащиты наружных стен, а также пристроек и надстроек дополнительных этажей [12, 15, 25, 69, 77, 108]. По данным анализа литературных источников в настоящее время широкое распространение получили более 20 технологий и конструктивных систем утепления фасадов.
При всём разнообразии предложений, технические решения можно разделить на 2 основных типа: без воздушной прослойки (табл. 1.1.2а) и с вентилируемой воздушной прослойкой (табл. 1.1.26).
Принципиальное отличие систем с вентилируемым воздушным зазором заключается в том, что отделочный слой из плитных или листовых материалов крепится на основании при помощи металлического (деревянного) каркаса, позволяющего устанавливать отделочный; слой с зазором 60 -150 мм относительно слоя утеплителя [103, п.5.9], а плиты утеплителя крепятся к основанию дюбелями.
К характерным примерам конструкций 1 типа относятся решения, разработанные Российской Академией архитектуры и строительных наук в Академическом институте инвестиционно-строительных наук (АИИСТ), «Parmiterm» (Финляндия), «Thermo brick» (Литва), «Синтеко», «Драйвит», «Тексколор», «Родослав», «ЦУСПОР» [69];
Российской Академией архитектуры и строительных наук в Академическом институте инвестиционно-строительных наук (АИИСТ) разработан метод теплозащиты стены бетонными панелями размером 630x290x20мм.
Панели выполнены с применением вяжущего низкой водопотребности (ВНВ) и армированы сеткой, имеющей 4 петли, необходимые для навешивания панелей на кронштейны.
Сравнительный анализ объёмно-планировочных решений типовых зданий первого периода индустриального домостроения и существующих методик их модернизации
Существуют два направления объёмно-блочного домостроения, различающиеся в основном технологией изготовления цельноформованных базовых блоков [4, 5, 7, 10, 11, 28, 78, 79, 82, 87, 115, 120, 122].
Конструктивную основу первого направления составляет объёмный блок типа «лежащий стакан» (рис. 1.56). Объёмный блок типа «лежащий стакан» представляет собой пространственную железобетонную монолитную конструкцию, состоящую из формуемых за один технологический цикл пяти граней (трех стен, потолка и пола) и вставляемой на заводском конвейере комплектации шестой грани в виде наружной стены панели.
Второе направление использует в качестве базовой конструкции объёмный блок типа «колпак» (рис. 1.5а). Основной элемент блока-«колпак»-в общем виде представляет собой пятиплоскостную конструкцию (четыре стены и потолок) с плоскими стенами. Технологический уклон стен по внутренней поверхности, создающий их утонение сверху вниз, равен 10 мм .
В тех случаях, когда несущая способность плоских стен «колпаков» используется не полностью, с целью уменьшения их массы и сокращения расхода бетона и цемента продольные стены утоняют с наружной стороны (устроиством кессонов) до величины, обеспечивающей звукоизоляцию межквартирных ограждений. При этом по контуру стен сохраняются рёбра-ггалястры.шириной не менее 100 лш снизу, 500мм сверху и 350.млі по вертикальным углам. Такая конструкция «колпака» является в зданиях наиболее распространенной.
В стенах из лёгкого бетона толщина утоненных стен,принимается равной от SO до 90мли Толщина торцевых стен «колпака» при любых бетонах — от 75 до 85 мм (в верхней части).
Объёмные блоки опирают друг па друга по высоте — по контуру рёбер плиты- перекрытия через растворный шов толщиной 20 мм. Допускается также опирание блоков друг на друга по высоте по углам;- в зонах вертикальных пилястр, однако при- этом несущая способность,блоков снижается: на 25-30%.
В 1969 году ЦНИИЭП жилища разработал номенклатуру типоразмеров объёмных блоков,, основанных на принципе модульной системы. Все многочисленные поиски и эксперименты были сведены, вІнесколько технических направлений, характеризующихся: конструктивными решениями; и: способом - изготовления объёмных блоков размером; на комнату (табл. 1.2.1) [4, 7, 10, 14, 28; 40, 43, 58, 71, 79, 86, 87, 1221.
Объёмно-блочные конструкции, при возведении жилых зданий; нашли широкое применение более: чем в 30-ти странах Европы,. Америки, Азии; (табл.1.2.2.) [51, 66,76, 81, 82, 114].
Анализ зарубежной практики; применения- объёмно-блочных строительных систем показал, что наиболее популярной на Западе является; швейцарская система «Вариэль».
Несущие каркасные: блоки открытого типа, состоят из двух опорных рам по торцам, предварительно напряжённой ребристой панели пола и: панели покрытия с подвесным потолком и рассчитаны для: возведения зданий до 4 этажей. Геометрические параметры блока приведены в табл. 1:2.2;.
Система реализована в проектах школ, административных зданий, жилых домов. Производительность этой системы (один завод) - до 40 объемных элементов в сутки [76, 81].
В Финляндии разработана система «Лохьи». Базовый блок типа «труба» имеет размер на ширину здания. Фирмой «Сариен» возводятся здания до 10-12 этажей [66, 76, 114].
В Италии разработана система объёмного домостроения«3 ЕД». Базовым: элементом системы является объёмный монолитный железобетонный модуль типа «колпак» и плоская «рама» или «кольцо». Наружные стены выполнены из железобетона толщиной 10 см, плиты пола и потолка — 12 см. Два базовых модуля, соединенные вместе, имеют размеры 5.4 х 5.4.и [76].
Основные определения. Структура УИСС «КОРОБ». Требования, предъявляемые к системе и её элементам
Важным этапом развития строительной отрасли на современном этапе является переход на постиндустриальную основу, обусловленную появлением новых технических средств, повсеместным внедрением наукоёмких технологий, отличающихся мобильностью, малой энерго- и ресурсоём костью, способностью адаптироваться к непрерывно меняющимся ситуациям на строительном рынке.
Сокращение энергоёмкости У ИСС «КОРОБ» обеспечивается уже на стадии проектирования путём использования новых материалов, изделий, энергосберегающих конструкций, инженерного оборудования включая элементы рациональной организации и автоматизированных систем управления.
Постиндустриальная строительная система - это целевая совокупность трех взаимодействующих между собой подсистем (рис.2.1): проектирования, производства, управления.
Несогласованность хотя бы по одному из параметров или нормативных ограничений перечисленных подсистем является признаком несостоятельности всей системы по определению.
Предметом диссертации является разработка универсальной постиндустриальной строительной системы УИСС «КОРОБ», позволяющей на основе разработки теории проектирования и производства базовых модулей решать всю совокупность проблемных вопросов реконструкции малоэтажного типового жилья.
Система должна обладать адаптационным механизмом, способном быстро реагировать на изменение конъюктуры рынка и социальную ситуацию в районе застройки. Это значит, что система: - обеспечивает реконструкцию зданий большинства типовых серий; - позволяет модернизировать внешние ограждающие конструкции с учётом изменившихся требований к сопротивлению теплопередаче; - обладает широкой номенклатурой архитектурных модулей различного функционального назначения; - использует комплектующие изделия и оборудование (окна, теплоизоляционные материалы и др.) любых производителей.
Выполнение всех этих требований является целевой функцией подсистемы проектирования.
Сущность «сквозного» проектирования заключается в том, что при проектировании базового блока учитываются допуски и ограничения всех трёх подсистем.
К примеру, для реализации большого многообразия планировочных и архитектурных решений реконструируемых зданий большое значение имеет оптимальный выбор габаритных размеров объёмных модулей и уже на их основе разработка необходимой номенклатуры. В свою очередь, габаритные размеры и конструктивная схема базового блока взаимосвязаны с производственно-техническими условиями реконструкции: технологией изготовления базовых модулей, транспортировкой, монтажом объёмных элементов.
Поскольку полноценное, быстрое и многовариантное проектирование возможно осуществить только с применением электронно-вычислительной техники требуется создание автоматизированного метода расчёта призматических оболочек типа «КОРОБ», являющегося основой для разработки САПР.
Про граммы должны обеспечивать возможность анализа различных параметров и ограничений всех трёх подсистем, что позволяет сократить сроки на поиск оптимального конструктивного решения.базового модуля и подбор наиболее рациональной системы его армирования.
Одним из условий постиндустрии является мобильность производства.
Система должна быть мобильной. Под этим понимается возможность получения продукции в условиях полигона, устройство которого становится наиболее экономически целесообразным в том случае, когда проводится комплексная реконструкция квартала типовой застройки.
Совокупность вопросов производства базовых модулей (разработки и усовершенствования высокомеханизированных, быстро переналаживающихся формовочных машин, обеспечивающих быструю смену номенклатуры изготавливаемых изделий без остановки производства; усовершенствование непосредственно самой технологии формования объёмных элементов) решается подсистемой производства УИСС «КОРОБ».
Отслеживание всех возможных ситуаций на потребительском рынке, своевременное адекватное реагирование на них, т.е. выполнение таких требований постиндустрии как согласованность и контроль является прерогативой подсистемы управления У ИСС «КОРОБ», её основной функцией.
Технология и технологическая основа изготовления объёмных блоков «КОРОБ» в условии полигона
Суть проблемы состоит в том, что прямое многофакторное моделирование задачи отсутствует. Основная трудность при выборе численного метода заключена в том, что для успешного решения задач данного класса численный метод должен обеспечивать выполнение большого количества разнообразных требований» а именно: 1) адекватно отражать напряжённо-деформированное состояние железобетонной конструкции; 2) решать задачи «сквозного» проектирования; 3) учитывать пространственную работу базового модуля; 4) математически интерпретировать различные архитектурные формы и степень замкнутости пространства базовых модулей; 5) универсально задавать граничные условия, что связано с необходимостью варьирования размеров и расположения проёмов в модуле в широком диапазоне; 6) учитывать неоднородность ограждающей конструкции по физико-механическим свойствам (бетон, арматура, теплоизоляционный материал). Не удовлетворение хотя бы одному из перечисленных требований свидетельствует о несоответствии численного метода поставленным задачам проектирования базового модуля.
С этой точки зрения не приемлемы численные методы, содержащие разностную схему (МКР).
Большинство задач теории упругости сводится к интегрированию дифференциальных уравнений с фаничными условиями, что представляет значительные математические трудности и не позволяет получать прямое решение многих инженерных задач.
При этом применение вариационных принципов имеет определённые преимущества, обеспечивая более широкие теоремы существования, так как выражения стоящие в функционалах имеют более низкий порядок производных, чем в исходных дифференциальных уравнениях.
Задача о нахождении решения дифференциального уравнения, к примеру, заменяется задачей о нахождении минимума потенциальной энергии (в случае применения вариационного уравнения Лагранжа).
Со своей стороны сеточная аппроксимация позволяет избежать трудностей связанных с подбором координатных функций, так как опи зависят от конфигурации рассматриваемой области.
Для решения целого ряда задач вариационно-разностный метод может быть очень эффективным, например, в случае оболочек сложной геометрии с отверстиями или сложных пластинок, когда контур непрямоугольный и пластинка имеет отверстия.
Тем не менее, наличие разносной схемы делает вариационно-разностный метод, равно как и МКР неприемлемыми для решения задач, поставленных в данной работе.
Традиционно разностная схема получается в результате аппроксимации всех производных в дифференциальной краевой задаче. И аппроксимации эти получаются в результате разложения некоторой функции р(х;у) в ряды.
Иными словами, наличие разностной схемы чаще всего приводит дальнейший расчёт к рядам (Фурье, Тейлора), что соответственно означает сплошность той области, которая аппроксимируется рядами.
Расчёт «КОРОБА» рядами неизбежно потребует сплошности продольных стен, что недопустимо, поскольку не просто ограничивает номенклатуру, а сводит её практически к нулю (и эркеры и лоджии имеют проёмы именно в продольной стене). Вместе с тем, сеточная аппроксимация позволяет избежать указанной трудности, заменив интегрирование по области на интегрирование по подобластям и отсутствием интегрирования в местах проёма.
Однако в этом случае расположение и размеры проёма будет возможно задавать только жёстко, фиксировано. Отсутствие возможности свободно варьировать данными параметрами в значительной степени сократит номенклатуру. Для каждого представителя номенклатуры (модуля конкретной; геометрической формы, с конкретными базовыми размерами и определённой проёмностью) придётся составлять свой собственный алгоритм расчёта.
Если:при этом номенклатурный перечень будет включать 100 наименований, то должно быть составлено 100 алгоритмов расчёта соответственно, т.е. метод не будет являться универсальным.
Кроме того, указанный метод не отвечает главному требованию «сквозного» проектирования системы, но которому осуществляется как конструирование базового модуля, так и разработка всей системы в целом. А именно требованию согласованности с базовой координатной опорной сеткой на конструктивном уровне. С этой точки зрения разностную сетку невозможно с корреспондировать с единой модульной координирующей сеткой (ЕМКС), что делает излишними дальнейшие рассуждения о возможности применения данного метода к данной задаче.
Наиболее эффективной для решения поставленной задачи оказывается разновидность вариационно-разностного метода, реализующая конечно-элементный аппарат (МКЭ).
Основным преимуществом МКЭ является то, что при формировании базисных функций ограничиваются преобразованиями на отдельном элементе и лишь на последней стадии производят ансамблирование элементов в единую систему. В этом случае, разностная схема сохраняется, но не оказывает никакого влияния на формирование проёмности, поскольку непрерывная функция р(х;у) аппроксимируется на каждом отдельном элементе (например, полиномом некоторой степени), а окончательной аппроксимацией непрерывной функции р(х;у) является соответственно совокупность кусочно-гладких поверхностей, определённых на каждом отдельном элементе.
