БУДІВНИЦТВА та АРХІТЕКТУРИ

РУТШТЕЙН ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ

УДК 624.07

УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКТИВНОЇ СИСТЕМИ
БУДІВНИЦТВА І РЕКОНСТРУКЦІЇ

З МАЛОРОЗМІРНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Спеціальність 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

м. Дніпропетровськ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБА) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Савицький Микола Васильович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Шагін Олександр Львович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Санников Ігор Валентинович, Український зональний науково-дослідний і проектний інститут по цивільному будівництву Державного комітету будівництва, архітектури і житлової політики України, завідувач лабораторії несучих конструкцій.

Провідна установа - Полтавський державний технічний університет

ім. Ю. Кондратюка, кафедра залізобетонних та кам`яних конструкцій,
Міністерство освіти і науки України, м. Полтава.

Захист відбудеться “7” лютого 2002 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.02 в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий “5” січня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кваша Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний будівельний комплекс України базується на будівельній індустрії збірного залізобетону, основу якої складають домобудівні комбінати (ДБК). Розвиток в Україні індивідуального і муніципального малоповерхового будівництва, реконструкції житла старої забудови, рішення питань енергозбереження визначаються нагальною потребою виробів і конструкцій, які практично не виробляються на існуючих підприємствах великопанельного домобудівництва. Для зростаючих масштабів будівництва нового типу житла і реконструкції будівель старої забудови необхідний розвиток нових конструктивних систем.

Однією з таких систем, альтернативною великопанельним і цегляним будівлям, є архітектурно-конструктивно-технологічна система (АКТС) будівництва та реконструкції будівель із малорозмірних елементів.

Рівень її впровадження в практику будівництва і реконструкції будівель залишається низьким, що, почасти, пояснюється недостатнім науковим обгрунтуванням конструктивних рішень основних елементів будинків, обмеженістю даних про техніко-економічні показники АКТС.

Умовою подальшого розвитку АКТС із малорозмірних елементів є удосконалення конструкцій стін та перекриттів, як найбільш вагомих конструктивних елементів, що визначають вартість житлових будівель.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Проведені в дисертації основні дослідження виконувалися відповідно до державної науково-технічної програми “Розробка вітчизняної конструктивно-технологічної системи житлового будівництва з використанням малорозмірних елементів” (№ держреєстрації 0197U001653) та напрямком науково-дослідних робіт кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій ПДАБА. Замовник - Міністерство освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є наукове обгрунтування і удосконалення технічних рішень конструкцій стін та перекриттів архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів для підвищення економічної ефективності.

Відповідно мети роботи вирішувалися основні задачі дослідження:

1.

2.

3.

4.

Об'єкт дослідження - архітектурно-конструктивно-технологічна система (АКТС) будівництва та реконструкції будівель з малорозмірних елементів.

Предмет дослідження - фізико-механічні, теплофізичні характеристики, техніко-економічні показники конструкцій АКТС будівництва та реконструкції будівель з малорозмірних елементів.

Методи дослідження: науково-методичну основу дослідження складають: методи системного аналізу; методи прогнозування; методи теорії залізобетону; методи техніко-економічного аналізу; методи стандартизації, уніфікації, типізації будівельних конструкцій; методи теорії надійності; методи чисельного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів полягає в розроблених методиках і рекомендаціях з розрахунку і конструювання стін та перекриттів будівель архітектурно-конструктивно-технологічної системи будівництва і реконструкції з малорозмірних елементів, що дозволяє підвищити техніко-економічну ефективність АКТС.

Результати досліджень використані при розробці нормативно-технічної документації, освоєнні та випуску устаткування для будівельної індустрії на машинобудівних заводах України, створенні виробництв по випуску виробів та конструкцій, реконструкції та будівництві житлових і адміністративних будинків (м. Дніпропетровськ, м. Черкаси). Економічна ефективність будівництва і реконструкції будівель з використанням АКТС з малорозмірних елементів в 1,5 рази вища в порівнянні з цегляними будинками.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на виставці-конференції “Реконструкція житла`99” (м. Дніпропетровськ, 2-5 листопада 1999 р.), на міжнародній конференції “Проблеми сучасного матеріалознавства” (м. Дніпропетровськ, 15-18 квітня 1999 р.), на 2-й міжнародній науково-практичній виставці-конференції “Реконструкція житла (RG/Київ 2000)” (м. Київ, 23-26 травня 2000 р.), на Міжнародній спеціалізованій виставці-семінарі “Будівництво-2001” (м. Сімферополь, 22-25 березня
2001 р.), на Міжнародній конференції “Проблеми сучасного матеріалознавства” (Стародубовські читання - 2001) (м. Дніпропетровськ, 16-19 квітня, 2001 р.), на наукових семінарах кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій ПДАБА (1997... 2001 р.р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 10 наукових статтях та відображені в 1 патенті України.

Структура та обсяг дисертаційної роботи.

Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаних джерел, додатку і містить (без додатку) 137 сторінок основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовані вибір і актуальність теми дисертації, мета, задачі і методичні основи дослідження, наукова новизна та практичне значення роботи; викладені основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі у відповідності з концепцією державної житлової політики та державною програмою реконструкції будинків перших масових серій обгрунтовується необхідність розвитку архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) будівництва і реконструкції з малорозмірних елементів. Виконано ретроспективний аналіз розвитку індустрії виробництва бетонних каменів, як основи АКТС із малорозмірних елементів; показано, що на відміну від країн Європи та Америки, де будівництво із бетонних каменів і до цього часу інтенсивно розвивається, в країнах колишнього СРСР в 60-ті роки таке будівництво практично було витіснене іншими індустріальними системами. Наведені оцінки інвестиційної привабливості АКТС будівництва з малорозмірних елементів, аналіз методів прогнозування та оцінки перспективності розвитку будівельних систем. З метою вибору напрямків досліджень виконано функціонально-вартісний аналіз конструктивних елементів житлових будівель, в результаті якого виділені стіни та перекриття, як найбільше вагомі в вартості будівель.

Що стосується стінових конструкцій, то основними напрямками досліджень виділені міцнісні та теплотехнічні характеристики, як основні функціональні характеристики стін. Підкреслюється вагомий внесок в розвиток кам`яних конструкцій на початку їх становлення в нашій країні розробників норм по проектуванню кам`яних конструкцій – наукові школи ЦНДІБК (ЦНИИСК) ім. Кучеренко (м. Москва): Дмитрієв О.С., Камейко В.А.,
Онищик Л.І., Поляков С.В., Семенцов С.А. і ін.; в останні роки в нашій країні - КиївЗНДІЕП: Коляков М.Й, Санников І.В. і ін., ХДАМГ (м. Харків):
Шмуклер В.С. і ін., ПДТУ ім. Ю. Кондратюка: Вахненко П.Ф., Стороженко Л.І. і ін.

Що стосується перекриттів із малорозмірних елементів, то підвищення їх ефективності можливе за рахунок удосконалення їх конструкції (дослідження останніх років в ХДТУБА – Шагін О.Л. та ін., в ПДАБА – Савицький М.В., Швець М.А. і ін.), а також за рахунок впровадження сортаменту несучих балок перекриттів, що виготовляються індустріальним методом. Вагомий внесок в розробку методології створення економічно обгрунтованого уніфікованого сортаменту збірних залізобетонних конструкцій внесли Захаров В.В., Нікітін М.В., Рейтман М.Й., Стрелецький М.С. та ін.

На основі проведеного аналізу та стану досліджень зроблені наступні висновки:

1. Для зростаючих масштабів будівництва нових типів житла і реконструкції будинків старої забудови необхідний розвиток нових конструктивних систем. Однією з таких прогресивних систем є архітектурно-конструктивно-технологічна система (АКТС) будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів.

2. Незважаючи на переваги згаданої АКТС рівень її впровадження в практику будівництва в Україні залишається низьким. Одна з причин - відсутність даних про економічну ефективність будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів. Необхідна техніко-економічна оцінка, а також оцінка перспективності розвитку і впровадження АКТС будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів.

3. На основі проведеного функціонально-вартісного аналізу АКТС і конструктивних елементів будівель виділені найбільш значимі, що, насамперед, необхідно удосконалювати для підвищення техніко-економічної ефективності - це стіни і перекриття.

4. Положення діючої системи нормативних документів для кам'яної кладки і кладочних матеріалів (будівельного розчину) не відповідають загальному підходу методу граничних станів щодо призначення і контролю фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів.

5. До цього часу не узагальнені дослідження про можливість створення одношарових конструкцій стін із каменів, що виготовляються методом вібропресування, не розроблена конструкція стінового каменю, що відповідає новим нормативам опору теплопередачі конструкцій.

6. Одним із напрямків підвищення техніко-економічних показників перекриттів з малорозмірних елементів є застосування сортаменту виробів при їх виготовленні індустріальним методом. Насьогодні не розроблено сортамент малорозмірних балок перекриттів, що побудований на принципах стандартизації, типізації, уніфікації.

В другому розділі наведені результати досліджень, направлені на вдосконалення стінових конструкцій, як несучих та огороджуючих елементів будівель архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) будівництва і реконструкції з малорозмірних елементів.

На основі положень теорії надійності розроблена методика нормування міцності кам'яної кладки, як композитного матеріалу, з врахуванням статистичних характеристик міцності складових елементів кладки - каменів і розчину.

Запропоновано залежності для визначення нормативних і розрахункових характеристик міцності кладки, що відповідають загальному підходу до призначення і контролю фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, прийнятому в методі розрахунку будівельних конструкцій за граничними станами.

Беручи до уваги структуру сучасних норм розрахунку будівельних конструкцій за граничними станами для розрахункового опору кам`яної кладки запропоновано залежність:

, (1)

де R, Rп - відповідно, розрахунковий та нормативний опір кладки на стиск;

- коефіцієнт безпеки кладки при стисканні;

- коефіцієнт умов роботи кладки;

а для нормативного опору кладки залежність:

, (2)

де - середня міцність (марка) кладки;

Vn - коефіцієнт варіації міцності кладки (за сучасними нормами проектування кам`яних конструкцій рівний 0,15).

Встановлено числові значення коефіцієнта безпеки кам'яної кладки з порожнистих бетонних каменів при стисканні, а також коефіцієнт умов роботи при зберіганні спадкоємності з діючими нормами проектування.

Встановлено, що визначальний вплив на мінливість міцності кладки відіграє мінливість міцності каменів; мінливість міцності розчину незначно впливає на мінливість міцності кладки.

Визначено нормативні і розрахункові значення міцності кам'яної кладки при стиску в залежності від мінливості міцності каменів і розчину, що забезпечують рівнонадійні конструкції стін. Виявлено області надлишкової і недостатньої надійності кам'яної кладки з порожнистих каменів.

Як приклад, в табл. 1 наведені дані про нормативний і розрахунковий опір на стискання кам'яної кладки при міцності каменів і розчину 100 кГс/см2.

На основі аналізу вітчизняного і закордонного досвіду виробництва бетонних каменів запропоновано каталог оздоблювальних каменів поліпшеної архітектурної якості.

Отримано узагальнюючі залежності у вигляді рівнянь регресії для коефіцієнту теплопровідності і міцності конструкційно-ізоляційних матеріалів, як функцій об'ємної маси матеріалу.

Таблиця 1

Значення характеристик кам'яної кладки

Коефіцієнт варіації міцності

каменів, % | Характеристики кам'яної кладки | Коефіцієнт варіації міцності

розчину, %

5 | 10 | 15 | 20

5 | VR, % | 3,73 | 3,93 | 4,25 | 4,66

Rn, кГс/см2 | 38,13 | 38,00 | 37,79 | 37,52

R, кГс/см2 | 22,10 | 22,03 | 21,91 | 21,75

, % | 10,5 | 10,2 | 9,6 | 8,8

10 | VR, % | 7,34 | 7,45 | 7,62 | 7,86

Rn, кГс/см2 | 35,73 | 35,66 | 35,54 | 35,38

R, кГс/см2 | 20,71 | 20,67 | 20,60 | 20,51

, % | 3,6 | 3,4 | 3,0 | 2,6

15 | VR, % | 10,99 | 11,06 | 11,18 | 11,34

Rn, кГс/см2 | 33,30 | 33,25 | 33,17 | 33,06

R, кГс/см2 | 21,25 | 21,22 | 21,16 | 21,09

, % | -3,5 | -3,6 | -3,9 | -4,2

20 | VR, % | 14,64 | 14,69 | 14,78 | 14,90

Rn, кГс/см2 | 30,87 | 30,83 | 30,77 | 30,69

R, кГс/см2 | 17,9 | 17,87 | 17,84 | 17,79

, % | -10,5 | -10,6 | -10,8 | -11,0

Для коефіцієнту теплопровідності одержано залежність:

=аexp(b+c)+d, (3)

де: - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(0См);

- об`ємна маса матеріалу, кг/м3;

a, b, c, d – коефіцієнти (табл.2).

Таблиця 2

Значення коефіцієнтів у рівнянні регресії (3)

Коефіцієнти | Зона експлуатації

Суха | А | Б

a | 0,0821352 | 0,0726060 | 0,1123370

b | 0,0012935 | 0,0013407 | 0,0011845

c | 0,0000000 | 0,0000000 | 0,0000000

d | -0,0603419 | 0,0474552 | 0,0181140

Для міцності легких бетонів одержано залежність:

Rc=26,5037 е0,0013382 - 29,184955 , (4)

де Rc – міцність легких бетонів, кГс/см2;

- те ж, що і в рівнянні (3).

Зроблено висновок про те, що одношарові конструкції стін із повнотілих елементів, що об`єднують огороджуючі (відповідно до нових норм опору теплопередачі) і несучі функції, сьогодні практично неможливо виконати при відомих характеристиках матеріалів, придатних для виготовлення бетонних каменів методом вібропресування.

Розроблено конструктивне рішення багатопорожнистого стінового каменю і визначені характеристики матеріалів, що дозволяють одержати для всіх кліматичних районів України одношарову огороджуючу конструкцію стін із багатопорожнистих каменів.

Третій розділ роботи присвячений удосконаленню малорозмірних залізобетонних балок перекриттів. Як було обгрунтовано в розділі 1, напрямком їх вдосконалення є зниженя вартості за рахунок підвищення індустріальності виробництва шляхом застосування сортаменту, що розробляється на принципах стандартизації, типізації і уніфікації. Запропоновано методику і алгоритм розрахунку уніфікованого сортаменту несучих балок перекриттів з малорозмірних елементів.

Як приклад практичного застосування методики було розроблено сортамент балок перекриттів мінімальної сукупної вартості для реконструкції житлових будинків старої забудови та перших масових серій для умов м. Дніпропетровська. Сортамент розроблений за наступних умов та обмежень: прольоти в межах від 2,4 до 7,2 м; крок балок 0,6 м; уніфіковані постійні розрахункові навантаження - 200, 250, 300, 350, 400 кГс/м; класи бетону – 15, 20, 25, 30 МПа; варіанти перекриттів - збірний, збірно-монолітний з заповненням пазух моно- літним бетоном; збірно-монолітний з заповненням пазух та виконанням набетонки (рис.); висоти балок перекриттів – 150, 200, 250, 300 мм; клас поздовжньої арматури - А-Ш. В результаті отримано раціональні за мінімальною сукупною вартістю параметри сортаменту балок перекриттів для визначеного прольоту та навантаження (табл.3).

На наступному етапі роботи вдосконавлювалися конструктивні рішення несучих конструкцій каркасу малоповерхових будівель з метою зменшення маси, розробки універсальних елементів, що можуть виконувати функцію як окремого несучого елементу (стропила, балка перекриття), так і складового елементу збірно-монолітних колон та ригелів. Запропоновані рішення захищені патентом України (№36627А, Е04G23/00 від 16.04.2001).

У четвертому розділі наведені результати досліджень економічної ефективності будівництва та реконструкції житлових будинків із використанням архітектурно-конструктивно-технологічної системи з малорозмірних елементів, зроблена оцінка перспективності розвитку та застосування АКТС.

Для обгрунтування економічної ефективності будівництва та реконструкції будівель та споруд з малорозмірних елементів розраховувались техніко- еконо-

мічні показники основних конструктивних елементів, а також будівель вцілому. Дані співставлялися з аналогічними показниками для будівель з цегли і добірних залізобетонних елементів. В результаті проведених досліджень встановлено, що при будівництві за системою АКТС з малорозмірних елементів досягається здешевлення вартості конструктивних елементів на 3...81% і каркасу будинку вцілому у 1,5 рази в порівнянні з аналогічними будівлями та надбудовами з цегли і добірних залізобетонних елементів.

З використанням моделі прогнозу, запропонованої ЦНДІПІ на основі патентної інформації і характеристичних таблиць, що відображають особливості конструювання, виробництва і застосування будівельних конструкцій, розрахунку коефіцієнта інженерно-технічної значимості винаходу (повноти патенту) оцінювалася його потенційна можливість розвитку та застосування у виробництві. Коефіцієнт повноти патенту оцінюється в межах 0,25?F?1. Згід виконано

Таблиця 3

Раціональні конструктивні типи перекриттів з уніфікованими балками

Nпп | Прольот, м | Розрахункове погінне постійне навантаження – g, кГс/м

200 | 250 | 300 | 350 | 400

Тип | h,

см | Аs,

см2 | Rb,

МПа | Тип | h,

см | As,

см2 | Rb,MПа | Тип | h,

см | As,

см2 | Rb,

MПа | Тип | h,

см | As,

см2 | Rb,

MПа | Тип | h,

см | As,

см2 | Rb,

MПа

1 | 2,4 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 2 | 15 | 1,01 | 8,5 | 3 | 19 | 1,01 | 8,5

2 | 2,7 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 1 | 15 | 1,01 | 8,5 | 2 | 15 | 1,01 | 8,5 | 3 | 19 | 1,01 | 8,5

3 | 3,0 | 1 | 15 | 1,57 | 11,5 | 1 | 15 | 1,57 | 11,5 | 1 | 15 | 1,57 | 11,5 | 2 | 15 | 1,57 | 11,5 | 3 | 19 | 1,01 | 8,5

4 | 3,3 | 1 | 15 | 2,26 | 14,5 | 1 | 15 | 2,26 | 17 | 2 | 15 | 3,08 | 11,5 | 2 | 15 | 3,08 | 14,5 | 3 | 19 | 1,01 | 8,5

5 | 3,6 | 1 | 20 | 1,57 | 11,5 | 2 | 15 | 3,08 | 11,5 | 2 | 15 | 3,08 | 14,5 | 3 | 19 | 1,57 | 8,5 | 3 | 19 | 1,57 | 8,5

6 | 3,9 | 1 | 20 | 1,57 | 11,5 | 2 | 15 | 3,08 | 14,5 | 3 | 15 | 1,57 | 8,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5

7 | 4,2 | 1 | 20 | 1,57 | 11,5 | 1 | 20 | 2,26 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5

8 | 4,5 | 1 | 20 | 2,26 | 11,5 | 1 | 20 | 3,08 | 17 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 11,5 | 3 | 19 | 4,02 | 14,5

9 | 4,8 | 1 | 20 | 3,08 | 17 | 2 | 20 | 4,02 | 11,5 | 3 | 19 | 3,08 | 17 | 3 | 19 | 4,02 | 14,5 | 3 | 19 | 4,02 | 17

10 | 5,1 | 1 | 25 | 3,08 | 8,5 | 1 | 25 | 2,26 | 11,5 | 3 | 19 | 4,02 | 14,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5

11 | 5,4 | 1 | 25 | 3,08 | 14,5 | 1 | 25 | 3,08 | 14,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5

12 | 5,7 | 1 | 25 | 3,08 | 14,5 | 1 | 25 | 4,02 | 8,5 | 3 | 24 | 3,08 | 8,5 | 3 | 24 | 4,02 | 11,5 | 3 | 24 | 4,02 | 11,5

13 | 6,0 | 1 | 25 | 4,02 | 17 | 2 | 25 | 4,02 | 11,5 | 3 | 24 | 4,02 | 11,5 | 3 | 24 | 4,02 | 11,5 | 3 | 29 | 3,08 | 8,5

14 | 6,3 | 1 | 30 | 3,08 | 11,5 | 1 | 30 | 3,08 | 11,5 | 3 | 24 | 4,02 | 11,5 | 3 | 29 | 3,08 | 8,5 | 3 | 29 | 4,02 | 8,5

15 | 6,6 | 1 | 30 | 3,08 | 11,5 | 1 | 30 | 4,02 | 14,5 | 3 | 29 | 3,08 | 8,5 | 3 | 29 | 4,02 | 8,5 | 3 | 29 | 4,02 | 8,5

16 | 6,9 | 1 | 30 | 4,02 | 14,5 | 2 | 30 | 4,02 | 8,5 | 3 | 29 | 4,02 | 8,5 | 3 | 29 | 4,02 | 8,5 | 3 | 34 | 3,08 | 8,5

17 | 7,2 | - | - | - | - | - | - | - | - | 3 | 29 | 4,02 | 8,5 | 3 | 34 | 3,08 | 8,5 | 3 | 34 | 4,02 | 8,5

ної оцінки коефіцієнт інженерно-технічної значимості варіанту АКТС дорівнює 0,79 , що свідчить про перспективність розвитку і застосування архітектурно-конструктивно-технологічної системи будівництва та реконструкції з малорозмірних елементів.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

На основі проведеного системного аналізу архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів, як об’єкта дослідження, і проблеми удосконалення конструктивних елементів, у роботі наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає в обгрунтуванні і удосконаленні технічних рішень конструкцій стін та перекриттів, застосування яких дозволяє підвищити ефективність будівництва та реконструкції житла. Проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

1. Однією з прогресивних систем будівництва нових типів житла та реконструкції будинків старої забудови є архітектурно-конструктивно-технологічна система (АКТС) будівництва і реконструкції з малорозмірних елементів. Для підвищення її техніко-економічної ефективності необхідне, насамперед, удосконалення конструкцій стін та перекриттів.

2. Розроблена методика нормування міцності кам`яної кладки, як композитного матеріалу, з врахуванням статистичних характеристик міцності складових елементів кладки – каменів та розчину. Методика відповідає загальному підходу з призначення і контролю фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, що прийнятий в методі розрахунку будівельних конструкцій за граничними станами і, забезпечуючи рівнонадійні конструкції стін, дозволяє виявити надлишкову чи недостатню надійність кам`яної кладки з порожнистих каменів.

3. На основі проведеного аналізу теплопровідності та міцності конструкційно-ізоляційних матеріалів, як функцій їх об`ємної маси, запропоновано й обгрунтовано конструктивний варіант багатопорожнистого стінового каменю з легкого бетону з тонкими повітряними прошарками, що дозволяє одержати одношарові огороджуючі конструкції стін для I-IV кліматичних районів України без додаткового утеплення.

4. На основі застосування загальних принципів стандартизації, типізації та уніфікації залізобетонних конструкцій розроблена методика та алгоритм розрахунку уніфікованого сортаменту балок перекриттів з малорозмірних елементів. Запропоновано раціональний сортамент малорозмірних балок перекриттів для реконструкції існуючих житлових будинків старої забудови та перших масових серій за умов виготовлення балок індустріальним методом.

5. Удосконалені конструктивні рішення несучих елементів каркасу малоповерхових будівель з метою зменшення маси; запропоновані універсальні конструктивні елементи, що можуть виконувати функцію як окремого несучого елементу (стропила, балка перекриття), так і складового елементу збірно-монолітних колон та ригелів. Розроблені технічні рішення захищені патентом України (№36627А, Е04G23/00 від 16.04.2001).

6. Визначено економічну ефективність реконструкції і будівництва із застосуванням архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) з малорозмірних елементів. Встановлено, що при будівництві та реконструкції будівель за системою АКТС досягається здешевлення вартості будинків вцілому в 1,5 рази в порівнянні з будинками із цегли і добірних залізобетонних елементів.

7. З використанням методу прогнозування на основі патентної інформації розвитку та застосування конструктивних систем проведена оцінка інженерно-технічної значимості розробленого варіанту АКТС, яка свідчить про перспективність розвитку і застосування архітектурно-конструктивно-технологічної системи будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів.

8. Результати досліджень використані при розробці нормативно-технічної документації (ТУ У В.2.6-02070772-001-99. Балки залізобетонні типу 1БС, 1БСМ, 3БСМ, 4БСМ з ненапружуваною арматурою. Технічні умови.- ПДАБА, 2000.- 25с.; ТУ У В.2.6-02070772-002-99. Камені-вкладиші бетонні для перекриттів і покриттів із дрібнорозмірних елементів. Технічні умови.- ПДАБА, 2000.- 22с.), освоєнні та випуску устаткування для будівельної індустрії на машинобудівних заводах України, створенні виробництв по випуску виробів та конструкцій, реконструкції та будівництві житлових і адміністративних будинків в ряді міст України.

Основні положення роботи опубліковані в наступних працях:

1. Исследование теплотехнических характеристик материалов, изделий и ограждающих конструкций для решения проблемы теплозащиты зданий / Савицкий Н.В., Швец Н.А., Меркушов В.Т., Рутштейн В.М., Шляхов К.В., Соваде Фабиен, Савицкий А.Н. // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 2, часть 3. – Дн-ск, ПГАСА, 1997. – С. 170 – 176 (автором запропоновані напрямки вдосконалення огороджуючих конструкцій будинків).

2. Методика экономического анализа эффективности термореновации жилых зданий / Савицкий Н.В., Большаков В.И., Швец Н.А., Меркушов В.Т., Рутштейн В.М., Савицкий А.Н., Шевченко А.Л. // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 2, часть 3. – Дн-ск, ПГАСА, 1997. – С. 177 – 181 (автором розроблена методика економічного аналізу конструктивних рішень стін).

3. Переяславец С.А., Савицкий Н.В., Рутштейн В.М. Унификация нагрузок на сборно-монолитные перекрытия из мелкоразмерных элементов в стадии монтажа и эксплуатации // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 5., ч.2. – Дн-ск, ПГАСА, 1998.-С. 156 – 162 (автором запропоновані уніфіковані навантаження перекриття з малорозмірних елементів для розробки сортаменту).

4. Савицкий Н.В., Переяславец С.А., Рутштейн В.М. Исследования новых типов сборно-монолитных мелкоразмерных элементов перекрытий и особенности расчета в стадиях монтажа и эксплуатации // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 8., ч.2. Дн-ск, ПГАСА, 1999.- С. 92 – 97 (автором запропоновані нові типи збірно-монолітних малорозмірних елементів перекриттів).

5. Сборно-монолитные перекрытия из мелкоразмерных элементов для реконструкции зданий / Швец Н.А., Савицкий Н.В., Большаков В.И., Переяславец С.А., Рутштейн В.М. // Реконструкція житла (RG, Київ 2000). Матеріали другої міжнародної науково-практичної виставки-конференції, Київ, 23-26 червня 2000 р. – К.: Нора-прінт, 2000. – С. 125-128 (автором розроблений сортамент балок перекриттів з малорозмірних елементів).

6. Переяславец С.А., Рутштейн В.М., Савицкий Н.В. Новый вариант камня-вкладыша сборно-монолитных перекрытий зданий // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 11. Дн-ск, Gaudeamus, 2000. – С. 36-40 (автором запропоновано нове рішення каменя-вкладишу збірно-монолітних перекриттів).

7. Савицкий Н.В., Рутштейн В.М., Савицкий А.Н. Физико-статистический метод расчета надежности и долговечности железобетонных конструкций в агрессивных средах // Сб. научн. трудов ПГАСиА, вып. 2, часть 2. – Дн-ск, 1997. – С. 35-43 (автором розроблена методика оцінки довговічності залізобетонних конструкцій для оцінки їх технічного рівня).

8. Особенности расчета составных сборно-монолитных балок перекрытий из мелкоразмерных элементов в стадии монтажа / Савицкий Н.В. Переяславец С.А., Рутштейн В.М., Швец Н.А. // Сб. научных трудов ПГАСА, вып. 9, часть 8. – Дн-ск, ПГАСА, 1999.- С. 107-114 (автором досліджені питання розрахунку та конструювання балок перекриттів у стадії монтажу).

9. Савицкий Н.В., Переяславец С.А., Рутштейн В.М. Технико-экономическая оценка конструктивных решений сборно-монолитных перекрытий из мелкоразмерных элементов. // Сб. научн. трудов ПГАСА, вып. 12.- Дн-ск, ПГАСА, 2001. - С. 219-220 (автором виконана техніко-економічна оцінка конструктивних рішень збірно-монолітних перекриттів з малорозмірних елементів).

10. Методика нормирования прочности каменной кладки / Большаков В.И., Савицкий Н.В., Швец Н.А., Рутштейн В.М. // Сб. научн. трудов междунар. конф. “Перспективные задачи инженерной науки”, вып. 2. Дн-ск, Gaudeamus, 2001. – С. 281-286.

11. Залізобетонний каркас малоповерхової будівлі // Савицький М.В., Шляхов К.В., Большаков В.І., Швець М.А., Переяславець С.А., Рутштейн В.М. Деклар. патент на винахід. – Україна, № 36627А, Е04G23/00 від 16.04.2001, Бюл. № 3.

АНОТАЦІЯ

Рутштейн В.М. Удосконалення конструктивної системи будівництва і реконструкції з малорозмірних елементів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2002.

Проведено системний аналіз архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів як об’єкта дослідження.

На підставі функціонально-вартісного аналізу АКТС будівництва і реконструкції будівель з малорозмірних елементів визначені найбільш значимі конструктивні елементи що, насамперед, необхідно вдосконалювати для підвищення економічної ефективності системи - це стіни та перекриття.

Розроблена методика нормування міцності кам`яної кладки, як композитного матеріалу, з врахуванням статистичних характеристик міцності складових елементів кладки – каменів та розчину.

Запропоновано й обгрунтовано варіант багатопорожнистого стінового каменю з легкого бетону з тонкими повітряними прошарками, що дозволяє одержати одношарові огороджуючі конструкції стін для I-IV кліматичних районів України без додаткового утеплення.

На основі застосування загальних принципів стандартизації, типізації та уніфікації залізобетонних конструкцій розроблена методика та алгоритм розрахунку уніфікованого сортаменту балок перекриттів з малорозмірних елементів. Розроблено оптимальний сортамент малорозмірних балок перекриттів для реконструкції існуючих житлових будинків старої забудови та перших масових серій в умовах м. Дніпропетровська при виготовленні балок індустріальним методом.

Визначено економічну ефективність будівництва і реконструкції будинків із застосуванням архітектурно-конструктивно-технологічної системи (АКТС) з малорозмірних елементів. Встановлено, що при будівництві за системою АКТС досягається здешевлення вартості конструктивних елементів на 3...81% і каркасу будівель вцілому у 1,5 рази в порівнянні з будівлями із цегли і добірних залізобетонних елементів.

Ключові слова: архітектурно-конструктивно-технологічна система (АКТС), малорозмірні конструкції, стіни, кам`яна кладка, перекриття, сортамент, техніко-економічна ефективність.

АННОТАЦИЯ

Рутштейн В.М. Совершенствование конструктивной системы строительства и реконструкции из мелкоразмерных элементов.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2001.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первой главе проведен краткий обзор исследований в области развития конструктивных систем из мелкоразмерных элементов. Выполнен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященной вопросам совершенствования конструкций стен и перекрытий из мелкоразмерных элементов, нормирования прочности каменной кладки, разработки сортамента железобетонных конструкций, прогнозирования развития конструктивных систем.

Во второй главе разработана методика нормирования прочности каменной кладки, как композитного материала, с учетом статистических характеристик прочности составных элементов кладки - камней и раствора. Методика соответствует общему подходу к назначению и контролю физико-механических характеристик конструкционных материалов, принятом в методе расчета строительных конструкций по предельным состояниям и, обеспечивая равнонадежные конструкции стен, позволяет выявить избыточную или недостаточную надежность каменной кладки из пустотелых камней. На основе проведенного анализа теплопроводности и прочности конструкционно-изоляционных материалов, как функций их объемной массы, предложен и обоснован конструктивный вариант многощелевого стенового камня из легкого бетона с тонкими воздушными прослойками, который позволяет получить однослойные ограждающие конструкции стен для I-IV климатических зон Украины без дополнительного утепления.

В третьей главе на основе использования общих принципов стандартизации, типизации, унификации и оптимизации железобетонных конструкций разработана методика и алгоритм расчета унифицированного сортамента балок перекрытий из мелкоразмерных элементов. Разработан оптимальный сортамент унифицированных балок перекрытий минимальной совокупной стоимости для реконструкции жилых зданий старой застройки и первых массовых серий при изготовлении балок индустриальным методом. Усовершенствованы конструктивные решения несущих конструкций каркаса малоэтажных зданий с целью уменьшения массы; предложены универсальные конструктивные элементы, которые могут выполнить функцию как отдельно несущего элемента (стропила, балка перекрытия), так и составного элемента сборно-монолитных колонн и ригелей. Разработанные технические решения защищены патентом Украины (№ 36627А, Е04G0423/00 от 16.04.2001).

В четвертой главе определена экономическая эффективность строительства и реконструкции зданий с применением архитектурно-конструктивно-технологической системы (АКТС) из мелкоразмерных элементов. Установлено, что при строительстве и реконструкции зданий с применением АКТС достигается удешевление стоимости здания в целом в 1,5 раза по сравнению со зданием из кирпича и доборных железобетонных элементов. С использованием метода прогнозирования развития и применения конструктивных систем на основе патентной информации проведена оценка инженерно-технической значимости варианта АКТС, защищенного патентом Украины, которая свидетельствует о перспективности развития и применения архитектурно-конструктивно-технологической системы строительства и реконструкции зданий из мелкоразмерных элементов.

Ключевые слова: архитектурно-конструктивно-технологическая система (АКТС), мелкоразмерные конструкции, стены, каменная кладка, перекрытия, сортамент, технико-экономическая эффективность.

SUMMARY

Rutshtein V.M. Development of the structural system implementing small building units for new construction and reconstruction.- Manuscript.

A technical sciences candidate’s thesis in specialty 05.23.01 – structural elements, buildings and structures. – Pridneprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2002.

A comprehensive system analysis of architectural-structural-technological system (ASTS) for new construction and reconstruction implementing small building units, as a research object, has been carried out.

According to the performance / cost analysis of ASTS for new construction and reconstruction implementing small building units the most influential structural elements with the highest potential for overall system cost reduction were found to be walls and floors.

A method of masonry strength evaluation, as a composite material, with the account of the statistical variation of masonry components (wall elements and mortar) strength has been developed.

A model of a lightweight concrete wall element with a system of thin voids, to allow the erection of walls in I-IV climatic zones of Ukraine without a need for additional insulation has been proposed and designed.

A method and algorithm for drawing up of a unified assortment of small unit beams have been developed on the basis of general principles of standards utilization, requirements for discrete sizes and unified production methods. An optimum assortment of small unit beams for reconstruction of old housing and first mass-series buildings in the conditions of Dnipropetrovsk area has been developed accounting for industrial method constraints.

Economic benefit of new construction and reconstruction with architectural-structural-technological system (ASTS) implementing small building units has been evaluated. It is estimated that utilization of ASTS in construction would result in 3-81% reduction of material costs and a 1.5 fold decrease in total building frame cost if compared to construction with bricks and pre-cast reinforced concrete units.

Key words: architectural-structural-technological system (ASTS), small building units, walls, masonry, floors, assortment, technical еconomic benefit.