Introduction. Due to population growth and urbanisation, energy consumption by urban buildings, especially in developing countries, is increasing dramatically. Limited energy resources and the need to save on consumption necessitate the optimal design in the field of residential development. Building walls are an important boundary between indoor and outdoor spaces, since daylight has a direct impact on energy consumption in buildings. The optimal use of daylight in living spaces reduces energy consumption dramatically. In this regard, the proper orientation of residential buildings is an effective method of energy consumption optimisation. If the layout of an urban development fits the climate of a region, residential buildings are constructed with account taken of the optimal orientation to daylighting. Materials and methods. The aim of this study is the optimal orientation of a part of residential development in Mashhad. To achieve the goal of the study, comprehensive studies of the city of Mashhad and its environs were conducted and Mashhad climate data were collected. Hence, daylight scattering was analysed for a given area with regard to the optimal angle of orientation to daylighting. Daylight was analysed in the two modes, including the present-day layout and the angular position (the north side), that were compared later. The study area has the angle of 20 degrees from the north to the west. All analyses and simulations were performed on the longest (June 22) and shortest (December 22) days of the year using parametric software programmes Grasshopper and Ladybug. Results. A comparative analysis of the two modes shows that the study area, located in the north, receives more daylight, regardless of the angle of rotation. Mashhad summers are hot and dry, and winters are cold and humid; a lot of light can penetrate into buildings during the hot season. In winter, overshadowing by buildings does not allow enough daylight due to the unfavourable location of the residential development. According to the standard, the optimal rotation angle of buildings in Mashhad varies from 5 degrees northeast to 20 degrees northwest. Conclusions. The results show that the optimal daylight orientation in Mashhad is 20 degrees southeast. This value is in the standard range for the residential orientation, and the amount of light, received in summer and winter seasons, is proportional to the needs of indoor space users; natural lighting makes residential spaces more comfortable and reduces energy consumption.
Вестник МГСУ
2021. — Выпуск 11
Содержание:
Введение. Пешеходные коммуникации - не единичная (элементарная) сущность, это, в первую очередь, совокупность элементов, которые связаны между собой, взаимодействуют между собой и внешней средой, имеют одну общую цель и измеримый результат, ширину. Будь это крупный транспортно-пересадочный узел (ТПУ) или небольшой остановочный пункт городского наземного пассажирского транспорта, даже тропинка вдоль дороги, необходимо учитывать три основных правила формирования объемно-планировочного решения: безопасность, комфортность и возможность доступа. Пешеходные коммуникации - совокупность элементов и обладают параметрами, которые служат результатами правильной организации, т.е. являются системой. Подход к изучению, управлению, созданию и развитию пешеходных коммуникаций должен быть как к системе. Цель методики - разработать порядок расчета основного параметра пешеходной коммуникации - ее общей ширины b, м, а также определить условия перехода между различными видами пешеходных коммуникаций. Материалы и методы. Системный подход позволяет представить одну сложную задачу совокупностью более простых задач, которые решаются быстрее и легче с помощью математического моделирования. Результаты. Благодаря методам математического моделирования разработан порядок расчета основного параметра пешеходной коммуникации - ширины, с учетом включения в пешеходный поток маломобильных групп населения (МГН). Выводы. Если пешеходные коммуникации работают без изменений, а ТПУ при этом набирает пропускную способность, то рано или поздно он будет неэффективен. От формирования пешеходных коммуникаций зависит безо-пасность населения, а следовательно, и эффективность работы ТПУ. Для обеспечения безопасных, комфортных условий функционирования ТПУ требуется учитывать МГН при формировании пешеходных коммуникаций. Данный алгоритм можно применять и для расчета других направленных линейных пешеходных пространств.
Ключевые слова
Введение. Опыт эксплуатации современных окон ПВХ в климатических условиях РФ показывает, что в зимнее время из-за температурных деформаций оконных профилей происходит продувание и промерзание подобных конструкций. В настоящий момент данное явление не учитывается при проектировании окон. Инженерная методика расчета температурных деформаций оконных конструкций еще не разработана. Одним из важных вопросов, который требует изучения для разработки этой методики, является учет температурных деформаций оконных ПВХ-профилей с учетом нелинейного распределения температуры по его сечению. Материалы и методы. В программном комплексе COMSOL Multiphysics разработана трехмерная конечно-элементная модель типовой конструкции ПВХ-окна и проведен расчет ее температурного поля. Анализ результатов расчета позволил определить характер распределения температуры в поперечных сечениях оконных ПВХ-профилей и предложить методику его аналитического расчета. На основе использования базовых уравнений механики деформируемого твердого тела и методов математического анализа описан изгиб оконных профилей ПВХ с учетом установленного характера распределения температур по их сечению. Результаты. Получены уравнения общего вида, описывающие изгиб оконных профилей ПВХ с учетом нелинейного (ступенчатого) распределения температуры в их поперечном сечении. Методика проверена путем сопоставления полученных с ее помощью результатов с данными трехмерного конечно-элементного моделирования напряженно-деформированного состояния оконных профилей ПВХ. Выводы. Полученные уравнения, описывающие температурные деформации отдельных оконных профилей, служат отправной точкой для создания комплексной методики расчета механической работы оконных конструкций из ПВХ-профилей при действии температурных нагрузок. Дальнейшими этапами разработки данной методики являются изучение влияния армирующего сердечника на механическую работу ПВХ-профилей и переход к рассмотрению механической работы всей оконной конструкции в целом.
Ключевые слова
Введение. Исследовались резонансные характеристики гидротехнических сооружений - бетонной буны и оградительного сооружения искусственного острова, а также здания школы. В условиях динамических воздействий природного или техногенного происхождения любое сооружение допустимо моделировать как механический резонатор. Модели были изготовлены из материалов, обладающих электроупругими свойствами. Это позволяет измерять их реакции на вынужденные колебания по изменению переменного электрического поля с последующим пересчетом в физические характеристики. Материалы и методы. Физические малоразмерные модели сооружений изготовлены из электроупругих материалов: органического стекла и пластика ABS - материала 3D-принтеров. Испытания проводились на лабораторной установке, содержащей: генератор колебаний, компьютер, работающий в режиме осциллографа. Математическое моделирование осуществлялось в программном комплексе SolidWorks. Определялись формы колебаний и реакции сооружений с разными амплитудами откликов. Модели сооружений исследовались в разных условиях - при защемлении и свободном опирании. Результаты. Установлено, что частоты первой формы колебаний защемленной модели соответствуют четвертой форме модели при свободном опирании. Показана взаимная корреляция частот собственных колебаний малоразмерных моделей из пластика ABS и оргстекла. Выводы. Выявлена возможность применения пластика ABS для создания малоразмерных физических моделей зданий и сооружений при установлении резонансных частот прототипов. Разработана методика комплексного физического и математического моделирования с использованием программного комплекса SolidWorks. Методика позволяет определять резонансные, наиболее опасные частоты колебаний сооружений. Использование различных вариантов опирания сооружений дает возможность применить геометрический масштаб для получения резонансных частот при переносе результатов с малоразмерного моделирования в натуру и тем самым выяснить их уязвимость к динамическим воздействиям.
Ключевые слова
Введение. Рост количества отечественных и зарубежных публикаций, посвященных вопросам конструктивной безопасности и живучести зданий и сооружений, отражает большой интерес к исследованию проблемы защиты несущих систем от прогрессирующего обрушения. Актуальность таких исследований обусловлена постоянным увеличением на здания и сооружения воздействий техногенного, природного и террористического характера, в связи с этим определяющим фактором является расширение экспериментальных и теоретических исследований обеспечения требуемого уровня живучести несущих систем при таких особых воздействиях и создание способов защиты от прогрессирующего обрушения. Материалы и методы. Приведены новые результаты экспериментального изучения моделей фрагмента многоэтажного здания, выполненного из монолитного железобетона, узлы сопряжения ригеля и колонны которого усилены сетками косвенного армирования на эксплуатационную статическую нагрузку и аварийное особое воздействие, вызванное внезапным выключением из работы несущей системы одной из колонн первого этажа. Результаты. Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния и трещиностойкости железобетонных рам-фрагментов каркасов многоэтажных зданий из монолитного железобетона, узлы которых усилены косвенным армированием. Данные о силовом сопротивлении конструкций получены при статическом загружении конструкции эксплуатационной нагрузкой и особом аварийном воздействии, вызванном мгновенным удалением одной из колонн первого этажа. Выполнен сопоставительный анализ динамики образования, развития и раскрытия трещин. Произведена критериальная оценка параметров предельных и запредельных состояний, а также элементов конструктивных систем с узлами, усиленными сетками косвенного армирования, и без него. Выводы. Установлен характер действительного деформирования и разрушения элементов несущей системы, узлы которой усилены косвенным армированием. Экспериментально установлены основные свойства элементов конструкций, которые позволят производить более строгую оценку деформативности и несущей способности влияния косвенного армирования на сопротивление конструктивных систем в запредельных состояниях.
Ключевые слова
Введение. Рассматриваются вопросы оценки качества цементных композитов на примере результатов их экспонирования в атмосферной среде с перепадами положительных и отрицательных температур. Дается числовая оценка качества цементных композитов на основе ранговой корреляции Спирмена, коэффициента детерминации и поправочных коэффициентов. Материалы и методы. В качестве тестовых цементных композитов использовались составы под номерами от 1 до 8, которые отличаются концентрацией различных добавок, включая гиперпластификаторы и наполнители. Экспонирование тестовых составов осуществлялось в условиях циклического изменения положительных и отрицательных температур с контролем четырех свойств в контрольных точках времени: 0; 15 и 45 сут. Расширение массивов данных производится на основе линейной интерполяции. Изменения свойств композитов предлагается сопоставлять с контрольными значениями с вычислением ранговой корреляции Спирмена и коэффициента детерминации. Кроме этого, массивы интерполированных значений приводятся к относительным единицам для вычисления поправочных коэффициентов. С помощью вводимых величин формируется метрика оценки качества цементных композитов. Результаты. На основе предложенной числовой метрики осуществляется ранжирование тестовых образцов для определения предпочтительных составов. Все выполняемые действия реализуются с помощью библиотечных функций и программных преобразований системы MATLAB, которые, в свою очередь, могут быть реализованы практически на любом языке программирования. Выводы. Предложенная эвристическая оценка качества цементных композитов может быть распространена на случаи, когда экспонирование тестовых образцов производится в других агрессивных и неблагоприятных эксплуатационных условиях.
Ключевые слова
Введение. Приконтактная область бетонных гравитационных плотин является чрезвычайно ответственной. В процессе бетонирования и формирования температурного режима в ней могут возникать значительные температурные градиенты и растягивающие напряжения, что может привести к образованию температурных трещин. Практика наблюдений за возведением и эксплуатацией бетонных гравитационных плотин свидетельствует о частом образовании вертикальных трещин, направленных как вдоль, так и поперек оси плотины, что неблагоприятно для статической работы. Несмотря на большое количество выполненных научных исследований, часть из которых иллюстрируется в работе, вопрос о степени влияния модуля упругости основания на термонапряженное состояние бетонного массива до конца не решен. Цель исследования - расширение представления о формировании напряженно-деформированного состояния в области, близкой к контакту возводимого бетонного массива с основанием в зависимости от его жесткости. Материалы и методы. Использован численный метод конечных элементов по программному комплексу MIDAS. Результаты. Выполнен анализ влияния жесткости основания на термонапряженное состояние приконтактной зоны возводимого бетонного массива. Рассмотрено несколько вариантов с различными соотношениями модуля упругости основания и бетонного массива для вариантов возведения бетонного массива из вибрированного и укатанного бетонов. Проведено сравнение результатов по возникающим напряжениям. Получены математические выражения для прогноза максимальных растягивающих напряжений, возникающих в приконтактной зоне. Выводы. Более жесткое основание вызывает увеличение максимальных растягивающих температурных напряжений, что повышает риск появления температурных трещин. Полученные результаты исследований можно использовать для прогноза уровня максимальных растягивающих напряжений вблизи контактного сечения бетонных массивов с размерами, близкими к размерам рассмотренной конструкции, и аналогичными условиями возведения.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрены возможности сокращения сроков строительства, повышение производительности труда, а также вероятность снижения выбросов углекислого газа при частичной замене монолитного железобетона на сборные железобетонные изделия при строительстве жилых зданий. Представлены сочетания сборных и монолитных элементов сборно-монолитных каркасов в количестве шести различных конструктивных схем сборно-монолитных каркасов и двух вариантов монолитных каркасов. Проведены сравнения производственных затрат и комплексной трудоемкости для всех вариантов конструкции каркаса, сроков строительства на 1000 м3 жилого здания для различных конструктивных вариантов исполнения каркаса, а также оценка возможности снижения выбросов углекислого газа при изменении объема сборного железобетона в каркасной схеме здания. Материалы и методы. В качестве метода определения оптимального варианта сборно-монолитного каркаса для строительства жилого здания по средневзвешенному показателю предложена разработанная методика, которая включает такие относительные показатели, как производственные затраты, комплексная трудоемкость, сроки строительства и процент снижения выбросов углекислого газа на 1000 м3 каркаса. Результаты. Выбрана оптимальная конструктивная схема сборно-монолитного каркаса здания, рассчитанная по средневзвешенному показателю. Определена наиболее эффективная каркасная конструкция по средневзвешенному показателю. По результатам расчета сборно-монолитный каркас «АРКОС» со сборными колоннами лидирует по средневзвешенному значению и больше всего подходит для строительства жилого здания. Если рассматривать каждый из выбранных показателей в отдельности, то следует выбрать каркас «РЕКОН» со сборным перекрытием, однако при расчете средневзвешенного показателя каркас «РЕКОН» уступает каркасу «АРКОС», это связано с различными весовыми коэффициентами для каждого из критериев оценки. Выводы. Доказана целесообразность применения сборно-монолитных каркасных систем для строительства жилого здания, по сравнению с монолитными каркасами, выбрана оптимальная схема каркаса по предложенной методике.
Ключевые слова
Введение. Вследствие воздействия научно-технического прогресса, изменения запросов потребителей, производственных возможностей строительной индустрии происходит устаревание инженерных решений объектов строительства. Преодоление противоречий между запросами потребителей и характеристиками объектов строительной продукции осуществляется путем обновления, модернизации, переоснащения и соответствующей трансформации проектных решений. Материалы и методы. Предметом исследования являются формирующие структуру городской застройки (пространственной организации) объекты капитального строительства (ОКС) различного функционального назначения, градостроительные решения которых в процессе эксплуатации требуют реализации мероприятий реинжиниринга. Рассмотрен перечень ОКС, включающий объекты производственного назначения (промышленные, сельскохозяйственные связи), непроизводственного назначения (общественные, жилищный фонд) и линейные объекты (путепроводы, трубопроводы, электрические сети). Отмечено, что в зависимости от функциональных, планировочных, конструктивных, организационно-технологических особенностей ОКС, а также специфики протекающих в них процессов жизнедеятельности или производственно-технологических процессов, состав и структура реинжиниринга имеют характерные отличия. Метод исследования - структурный и функциональный анализ. Результаты. Описан состав мероприятий и способы реализации реинжиниринга жилой и производственной застройки, зон инженерной и транспортной инфраструктуры. Учитывая особенности и специфику объектов, формирующих структуру городской застройки, представлены изменения по итогу мероприятий реинжиниринга. Выводы. Констатируется, что структура и состав реинжиниринга застройки обладают существенной вариативностью, которая определяется ее типом, способом трансформации. Приведенная зависимость оказывает влияние на сочетание мероприятий реинжиниринга, в составе которых можно выделить мероприятия, определяющие характер трансформации застройки и дополняющие основное преобразование. Результаты исследования позволяют сформировать организационные схемы реинжиниринга застройки и определить характер их ресурсообеспечения.