Введение. Исследован опыт научных сообществ в развитии строительных систем и концепций индустриальных каркасных (каркасно-панельных) технологий. Обзор публикаций по совершенствованию технологии строительства в мировой практике деревянного строительства дает основание для разработки новой технологической концепции индустриальной строительной системы (ИСС). Установлено, что в независимости от предлагаемых новых методов и подходов задача разработки теории единой ИСС на основе деревянных клееных конструкций с учетом классических концепций архитектуры и промышленного строительства остается первостепенной в поисках и исследованиях ученых из многих стран и международных научных сообществ. Предлагается новая концепция в подходе решения проблемы индустриализации производства, монтажа и строительства зданий. Приведены предварительные результаты разработанной системы промышленного строительства нового поколения. Представлено краткое описаниеи структурная схема инновационной системы. Материалы и методы. На основе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ предлагается новый подход к решению задач, стоящих перед мировым научным сообществом в части повышения уровня степени индустриализации, заключающийся в абстрагировании от существующих тенденций, технологических приемов и методов строительства. Результаты. Представлена новая универсальная силовая схема жесткой пространственной рамы, на основе которой создана новая конструкторско-технологическая платформа унифицированной каркасно-панельной технологии. Разработана унифицированная геометрия всех элементов и узлов, составляющих каркас здания любой архитектурно-планировочной схемы. Все детали, сборные конструкции и элементы крепления объемной пространственной рамы унифицированы и систематизированы в каталог, входящий в единую систему производственной логистики проектирования, производства и строительства, формирующую корпоративную информационную систему. Выводы. ИСС нового поколения предполагает дальнейшее научное обоснование и исследование, тем не менее можно утверждать, что внедрение ее в промышленное производство даст большие возможности реализации целей и задач, поставленных в федеральных и региональных стратегиях развития лесопромышленного, строительного и жилищно-коммунального комплексов, а также социально-экономического развития.
Вестник МГСУ
2023. — Выпуск 5
Содержание:
Введение. Рассмотрен случай задачи теплопередачи, при котором теплотехническая характеристика среды не является постоянной величиной и зависит от своей температуры. В частности, проанализирована ситуация, когда данная зависимость линейна. В рамках поставленной задачи предложено развитие расчетных соотношений для численно-аналитического решения стационарной и нестационарной задач теплопроводности. Материалы и методы. Рассматриваемое пространство переведено в математическую модель с использованием метода конечных элементов, в котором учитывается предложенная нелинейность. Решение задачипо временной переменной в нестационарной постановке определяется аналитическим методом, для чего выведены соответствующие расчетные формулы. Полученные нелинейные задачи решены как методом Ньютона, таки методом Пикара. Результаты. Для проверки предложенных расчетных соотношений решена практическая нестационарная задача на примере многослойной стены. В качестве граничных условий использованы функциональные зависимости. Граничные условия имеют второй род, т.е. в виде производных температур первого порядка. Нелинейная задача решена двумя различными методами, которые дали идентичные результаты. При расчете нелинейных задач этими способами была возможность сравнить эффективность метода Ньютона и метода Пикара для рассматриваемой задачи. Оба метода дали результат при одинаковом количестве итераций. Приведены алгоритмы расчета поставленной задачи. Использовалась расчетная среда MatLab, в которой применены данные алгоритмы. Выводы. Предложенная методика позволяет решать связанные задачи теплопроводности в многослойных ограждающих конструкциях, в которых связанность физических процессов передается за счет переменной характеристики среды. Принятая в расчете многослойность в более общей постановке задачи означает неоднородность среды, что, в свою очередь, дает возможность решать задачи с большим количеством слоев с различными характеристиками. Расчеты по предложенной методике позволят с обоснованной достоверностью рассчитывать теплопотери через ограждающие конструкции.
Ключевые слова
Введение. В настоящее время актуальны экологические и логистические проблемы строительства быстровозводимых и временных мостовых сооружений. На основе возобновляемых и перерабатываемых материалов возможно создать новые конструктивные решения, удовлетворяющие требованиям несущей способности и долговечности. Целью исследования является изучение работы нагелей в составной конструкции и нахождение зависимости прогибов от количества и материала нагелей. Материалы и методы. В качестве современного конструктивного решения предлагается деревянная составная балка, объединенная полимеркомпозитными нагелями. Имеется ряд вопросов, которые заставляют сомневатьсяв целесообразности возведения деревянных модифицированных конструкций. Один из них требует изучения совместной работы полимеркомпозита и дерева: позволит ли сочетание материалов привести к улучшению механических свойств по сравнению с классическими решениями. Проведены испытания образцов нагельных соединений с полимеркомпозитной арматурой, определена несущая способность такого соединения, а также исследованы деформации составных балок при различном количестве нагелей с помощью программного комплекса ЛИРА-САПР. Результаты. На основе нормативных расчетов несущей способности нагелей и проверке по второй группе предельных состояний выведено уравнение, позволяющее уточнить необходимое количество нагелей при существующих прогибах. Выводы. Расчеты по прогибам изгибаемых элементов хоть и имеют большое количество необходимых уточнений, но не учитывают присутствие дополнительных усиливающих частей, например нагелей. Получена зависимость, которая может быть внедрена в имеющиеся нормативные вычисления для лучшего описания работы реальной конструкции.
Ключевые слова
Введение. Наиболее популярным вяжущим для производства бетонов являются неорганические вяжущие вещества. Все большее применение находят композиционные вяжущие вещества (КВВ) на основе портландцемента (ПЦ) с целью получения высококачественных бетонов, улучшения эффективности использования цемента в бетоне, а также решения проблем энерго- и ресурсосбережения за счет снижения количества клинкера в составе цемента. Материалы и методы. Изучены свойства композиционного вяжущего, состоящего из ПЦ, глиноземистого цемента (ГЦ), природного гипса и активной минеральной добавки. Использовали метод планирования экспериментов Бокса - Уилсона.Для определения нормальной густоты цементного теста (НГ ЦТ) выбран стандартный метод испытаний, согласноГОСТ 310.3-76. Исследование проведено в лаборатории кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ. Результаты. Установлено, что при введении добавок увеличивается НГ ЦТ. Это объясняется тем, что в состав комплексной добавки входит трепел и ГЦ. Трепел - природная пористая горная порода, обладающая высокоразвитой поверхностью. Глиноземистый цемент оказывает большое влияние на НГ и сроки схватывания, так как очень быстро вступает в реакцию гидратации с образованием новых соединений уже в первую минуту от начала затворения вяжущего водой. Зависимость НГ от количественного содержания добавок представлена в виде уравнения регрессии и изображения поверхности. Выводы. Проведен анализ влияния составов на исследуемые свойства на базе полученных результатов. При увеличении содержания алюминатного цемента и трепела увеличивается НГ полученного вяжущего, содержание природного гипса не влияет на НГ КВВ. Основываясь на результатах исследования, в будущем авторы продолжат изучение свойств вяжущих материалов на основе комплексной расширяющей и пуццолановой добавки.
Ключевые слова
Введение. В газовой индустрии прогнозирование эрозионного повреждения трубопроводов частицами песка является сложной задачей, так как на этот процесс оказывает сильное влияние множество факторов. Твердые частицы, уносимые многофазным продуктом во время добычи, могут серьезно нарушить целостность конструкций для транспортировки жидкости, таких как трубопроводы и колена. Материалы и методы. Использован подход трехмерного численного моделирования в трехфазных потоках «газ - жидкость - твердое тело», проанализированы процессы эрозии в коленах труб. Ключевым преимуществом использования методов CFD (Computational Fluid Dynamics - методы вычислительной гидродинамики) служит то, что они могут предоставить большой объем информации, такой как влияние различных параметров на эрозию, максимальную скорость эрозии и районы, подверженные эрозии. Для моделирования трехмерных нестационарных газоводяных кольцевых течений с наличием частиц песка применялись вариации метода Эйлера для многофазных жидкостей. Результаты. Установили, что вертикальная труба с двумя коленами более подвержена эрозии на втором колене, чем на первом колене. Однако в горизонтальной трубе с двумя коленами можно сделать вывод, что первое колено более подвержено эрозии. Эрозия при L/D = 0 показала максимальное значение скорости эрозии среди всех изученных геометрий. Выводы. В вертикальной трубе второе колено трубопровода более подвержено эрозии. Скорость эрозии на втором колене вертикальных и горизонтальных труб одинакова для всех исследованных геометрий. Трубопровод с L/D = 10 продемонстрировал оптимальный вариант выбора компоновки для вертикальной и горизонтальной трубы со средним значением скорости эрозии 57,9 мм/год, что представляет самую низкую скорость эрозии среди изученных вариантов.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрены вопросы работы циркуляционных насосов (ЦН) автономных систем теплоснабжения при заполнении контура отопления незамерзающими теплоносителями, возможность удаленного запуска охлажденной до -15 °С системы отопления. В качестве незамерзающих теплоносителей изучались этиленгликолевые и пропиленгликолевые антифризы. Напорно-расходные характеристики, коэффициенты энергетической эффективности исследованы для ЦН с «мокрым ротором» в вариантах электрических моторов асинхронного типа с постоянной скоростью вращения ротора и энергосберегающих насосов на постоянных магнитах. Материалы и методы. Исследования проводились на испытательных стендах. В качестве генераторов тепловой мощности применялись настенные газовые котлы и электрические котлы с номинальной мощностью до 24 кВт. Циркуляционные моторы, регулировочные гидравлические клапаны, часть трубопроводов длиной 6 м располагались в отдельной морозильной камере. Перед запуском системы насосы и части контура отопления выдерживались при отрицательной температуре два часа. Результаты. Получены напорно-расходные характеристики двух типов насосов, коэффициенты энергетической эффективности, представлено сравнение с теплоносителем вода, определено влияние напряжения электрической сети на изучаемые параметры. Выводы. Результаты исследования показали возможность запуска ЦН при охлажденном состоянии с температурой -15 °С. Удаленный запуск охлажденной системы отопления с заполнением контура циркуляции антифризами при использовании котлов на углеводородном топливе невозможен. Работа систем отопления с незамерзающими теплоносителями в рабочем диапазоне температур 20-80 °С требует изменения настроек процесса горения и значительного увеличения напора ЦН по сравнению с теплоносителем вода.
Ключевые слова
Введение. На современном этапе развития системы теплоснабжения наблюдается переход от кожухотрубных конструкций к пластинчатому исполнению теплообменных аппаратов (ТА). Их достоинства - компактность и эффективность. Основной эксплуатационной проблемой является загрязнение межпластинных каналов, из-за чего снижается тепловая эффективность и увеличиваются эксплуатационные затраты. Цель исследования - доказать влияния накипных отложений и индивидуальных гидравлических условий в каждом канале на температурный режим ТА пластинчатого типа. Поскольку этот вопрос в теории ТА недостаточно изучен и имеет значительные допущения, то диагностика засорения каналов некорректна. Материалы и методы. Для установления гидродинамического режима ТА пластинчатого типа применяется теория характеристик сопротивления гидравлических систем. Температуры греющего и нагреваемого теплоносителейна выходе из каждого канала теплообмена устанавливаются на основании закона сохранения масс. Данный метод позволил использовать результаты гидродинамического расчета по характеристикам сопротивления для расчета температурного режима пластинчатого ТА по длине пакета пластин, в том числе с учетом влияния накипных отложений. Достоверность предложенных методик определялась методом сравнения по критерию Пирсона и Стьюдентас результатами компьютерного моделирования. Результаты. Выявлена зависимость между конечными температурами теплоносителя на выходе из каналов от неравномерного потокораспределения теплоносителя с учетом загрязненности каналов. Применение теории характеристик сопротивления для расчета теплогидродинамического режима пластинчатого ТА и предлагаемого расчета теплового режима, в том числе с учетом фактора накипеобразования, даст возможность повысить точность диагностики загрязнения и снизить эксплуатационные потери. Выводы. Проведенные исследования подтверждают влияние накипных отложений ТА и индивидуальных гидравлических условий межпластинных каналов на температурный режим. Результаты исследования представляют научный и практический интерес при изучении и разработке интенсифицированных поверхностей теплообмена с целью повышения энергетических показателей ТА, а также в области диагностики режимных параметров водогрейного оборудования в период его эксплуатации.
Ключевые слова
Введение. Загрязнение окружающей среды - одна из глобальных экологических проблем современного мира. Основное направление возможного решения - переход к природоподобной экономике замкнутого цикла, где отходы одного производства используются в качестве сырья для другого производства. Материалы и методы. В качестве сорбентов использовали отходы агропромышленного комплекса (АПК): лузгу конопли (чешуйки технической конопли, оставшиеся после обработки семян); солому - сухие стебли пшеницы,с полей Челябинской области, измельченные и прошедшие карбонизацию; лузгу гречихи гранулированную. Сорбатом являлись поверхностные сточные воды (СВ) урбанизированной территории г. Челябинска и кислый сток с одного из горнодобывающих предприятий Урала. Исследования взаимодействия в системе «сорбент - сорбат» выполняли в лабораторных условиях методом ограниченного объема при статической сорбции, когда поллютанты находилисьв жидкой фазе и приводились в контакт с неподвижным сорбентом в динамическом режиме на специальной установке, где загрязнители в подвижной жидкой фазе фильтровались через слой сорбента. Результаты. В статических условиях лузга гречихи лучше сорбирует поллютанты из городского поверхностного стока. Эффективность очистки стока от ионов меди, железа, свинца и цинка составила 100 %. С увеличением температуры от 0 до 10-20 °С эффективность очистки увеличивается. Исключением является процесс сорбции ионов меди, где максимальная эффективность достигается при низкой температуре 0 °С и минимальном времени контакта с сорбентом. В динамических условиях более эффективно применение лузги конопли, которая так же показала свою эффективность при сорбции поллютантов из кислого стока с территории горнометаллургического предприятия. Достигнутый эффект очистки стока от ионов алюминия, меди, свинца равен 100 %. Выводы. Исследованные отходы АПК являются экологически безопасным и эффективным сорбционным материалом, позволяют извлекать тяжелые металлы (алюминий, медь, железо, свинец, цинк) из поверхностного стока городских поселений и стока горнодобывающих предприятий.
Ключевые слова
Введение. Проблема санации, модернизации панельных жилых зданий охватила многие европейские страны в девяностые годы. Программа реновации стартовала в Москве в 2017 г. Несмотря на типовое панельное массовое жилищное строительство в европейских странах и в России, имеются многие градостроительные, архитектурные и строительные различия, а поэтому были приняты разные методы реновации жилой застройки. За прошедший период накопился значительный как положительный, так и отрицательный строительный опыт, который следует учесть для распространения реновации на российские регионы. Материалы и методы. Выполнен анализ социально-экономических методов санации и модернизации жилых домов в ряде европейских стран, подробно изучен опыт реновации жилой застройки в Москве. Исследованы организационные и финансовые условия реализации программ санации и реновации жилой застройки и отмечен ряд особенностей. Результаты. На основе изученных методов реализации программ по санации, модернизации и реновации в европейских городах и в Москве составлена таблица с позитивными и негативными факторами. С учетом этих факторов разработана блок-схема по выбору метода реновации применительно к конкретной застроенной территории. Предложен социально-экономический вектор программы реновации по управлению жилищно-коммунальным комплексом. Выводы. При выборе метода реновации жилой застройки необходимо учитывать интересы жителей и хозяйствующих субъектов. Для мегаполисов, где численность и плотность населения велика, может быть предпочтительнее московская модель реновации с учетом положительного и отрицательного опыта. Для малых городов России, где малоэтажная застройка представляет историческую и архитектурную ценность и небольшая плотность населения, можно применить европейский опыт реновации. При разработке программ реновации важно соблюдать баланс между новым строительством и сохранением исторически сложившейся городской застройки.
Ключевые слова
Introduction. One of the main causes of annual environmental degradation directly or indirectly is construction. The purpose of this study is to highlight current environmental issues in the construction industry. Besides how the construction sector can contribute to reducing the negative impact on the environment and creating “healthy buildings” that can be sustainable for both residents and our environment. Materials and methods. An overall literature survey was carried out to get relevant information and provide an overview of the current situation regarding the applications of sustainability in the construction industry. According to the selected theme, an inclusive investigation was conducted using several databases, such as Google Scholar, Scopus, eLIBRARY.RU,and ScienceDirect. Many crucial key words, such as environmental sustainability, social sustainability, economic sustainability, sustainable development, environmental issues, etc. Were used to extract data on the sustainability issues in the construction industry. The primary data was compiled in the form of tables and figures. In most cases,the emphasis was on recent data. Results. The most common methods for modelling sustainable construction indicators are described below, as well asthe sustainable construction materials that have been used recently. Conclusions. Building information modelling (BIM) appears is the single most commonly used technology today. With the development of computer technology, BIM is increasingly being used in combination with other techniques to achieve sustainable building goals. Careful selection of sustainable building materials may be the quickest way for builders to start integrating sustainable building design concepts.
Ключевые слова
Введение. На современном этапе реализации Стратегии развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года возникает необходимость управления уникальными инновационными проектами по созданию высокотехнологичной строительной продукции и изделий, по которым пока нет исторической ретроспективы и не накоплен опыт управления такими проектами: по разработке и созданию композитных материалов, металлопорошков для аддитивного производства, самовосстанавливающегося бетона и т.д. Поэтому проблема разработки математической модели создания высокотехнологичной продукции строительного назначения является актуальной. Материалы и методы. При разработке модели применялись методы марковского и полумарковского моделирования систем и методы программно-целевого планирования, которые хорошо себя зарекомендовали при моделировании этапов жизненного цикла (ЖЦ) в процессе формирования высокотехнологичных и уникальных образцов техники специального назначения. Результаты. Разработана модель изготовления высокотехнологичной продукции строительного назначения, позволяющая моделировать и управлять этапами ее ЖЦ. Приведены результаты численного моделирования. Результаты моделирования показали возможность эффективного управления ЖЦ производства высокотехнологичной продукции. Разработанная модель входит в состав научно-методического аппарата для сквозного моделирования основных этапов ЖЦ высокотехнологичной продукции строительного назначения. При этом в зависимости от конкретной решаемой задачи моделирование периодов ЖЦ может быть проведено с разным уровнем детализации с применением тех или иных моделей этапов ЖЦ. Для отдельных типов создаваемой продукции часть стадий ЖЦ может быть исключена из общей модели или, наоборот, добавлена в общую модель. Разработанная модель может служить средством получения дополнительных исходных данных с целью использования при выполнении информационного моделирования с помощью BIM-технологий. Выводы. Представленная модель достаточно адекватно описывает реальные процессы разработки и создания продукции. Модель не требовательна к качеству и полноте исходных данных.
Ключевые слова
Введение. Снижение эффективности функционирования сферы теплоснабжения, вызванное высокой степенью износа основных производственных фондов, создает необходимость модернизации отрасли, что требует привлечения значительного объема инвестиционных ресурсов. Одним из эффективных инструментов, способствующих данному процессу, является государственно-частное партнерство (ГЧП), которое включает положительные моменты как для органов государственной и муниципальной власти, так и для представителей бизнеса. Материалы и методы. Теоретической и методологической основой послужили работы отечественных авторов по вопросам осуществления капиталовложений в развитие теплоснабжения. Применялись методы теоретического исследования с целью анализа практики реализации проектов по модернизации теплоснабжения с использованием ГЧП, моделирования этапов осуществления концессионных соглашений, а также методы эмпирического исследования в части сравнения форм взаимодействия государства и бизнеса в вопросах совместной реализации проектов по развитию и модернизации теплоснабжения. Результаты. Изучение профессиональных мнений российских исследователей по вопросу недостаточной эффективности реализации ГЧП в сфере жилищно-коммунального хозяйства и энергетики, включая теплоснабжение, дало возможность сформировать перечень проблемных областей с тем, чтобы выделить направления их решения. Выводы. Представленные успешно реализованные кейсы по модернизации систем теплоснабжения в регионах России, которые были выполнены за счет концессионных соглашений между представителями власти и бизнеса, позволили подтвердить тезис о том, что концессия является одной из оптимальных форм реализации ГЧП в сфере теплоснабжения. Согласно перспективным оценкам Национального центра ГЧП, уже к 2024 г. может быть запущено около 130 ГЧП-проектов в сфере ЖКХ и теплоэнергетики, а в стоимостном выражении объем инвестиций может превысить 230 млрд руб.