ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА УРАЛА)
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 15
1.1. Эксплуатационные качества гражданских зданий: определение и
систематизация 15
1.2. Конструктивные и организационно-технологические решения монолитных и
сборно-монолитных гражданских зданий 26
1.3. Недостатки организационно-технологического обеспечения эксплуатационных
качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 50
Выводы по главе 1 58
ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ 59
2.1. Инновационный потенциал систем сборно-монолитных зданий и методика его
оценки 59
2.2. Структурный анализ инженерно-функциональных эксплуатационных качеств
монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 68
2.3. Оценка эксплуатационных качеств при возведении монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 75
2.4. Модель комплексного похода к повышению эксплуатационных качеств
монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 91
Выводы по главе 2 104
ГЛАВА 3. ЭКСНКРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ НЕСУЩИХ И ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ 106
3.1. Экспериментальные исследования эксплуатационных качеств наружных
трехслойных стен 106
3.2. Экспериментальные исследования эксплуатационных качеств наружных
двухслойных стен 116
3.3. Экспериментальные исследования технологии устройства сборно-монолитных
конструкций в несъемной железобетонной опалубке с несущим арматурным каркасом «Филигран» 122
Выводы по главе 3 137
ГЛАВА 4. НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ВНЕДРЕНИЯ 138
4.1. Наружные многослойные стены 138
4.2. Сборно-монолитные конструкции в несъемной железобетонной опалубке с
несущим арматурным каркасом «Филигран» 143
4.3. Сборно-монолитные конструкции в системах «РЕКОН», УДС, КУБ-2,5 151
4.4. Основные результаты внедрения 153
Выводы по главе 4 154
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 155
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 158
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения результатов исследований 182
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Научные публикации автора по теме диссертационного исследования 187
ПРИЛОЖЕНИЕ В Сведения о патентах и заявках на патенты автора по теме диссертационного исследования 196
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Содержание профессиональной деятельности участников жизненного цикла гражданского здания 206
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Сведения о патентах на конструктивные и технологические решения некоторых отечественных сборно-монолитных систем 210
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Сведения о зданиях, исследованных для анализа достоверности оценки монолитных конструкций в гражданских зданиях 216
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Анкета для экспертной оценки монолитных конструкций и причин появлений дефектов конструкций 219
ГЛАВА 1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 15
1.1. Эксплуатационные качества гражданских зданий: определение и
систематизация 15
1.2. Конструктивные и организационно-технологические решения монолитных и
сборно-монолитных гражданских зданий 26
1.3. Недостатки организационно-технологического обеспечения эксплуатационных
качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 50
Выводы по главе 1 58
ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ 59
2.1. Инновационный потенциал систем сборно-монолитных зданий и методика его
оценки 59
2.2. Структурный анализ инженерно-функциональных эксплуатационных качеств
монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 68
2.3. Оценка эксплуатационных качеств при возведении монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 75
2.4. Модель комплексного похода к повышению эксплуатационных качеств
монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий 91
Выводы по главе 2 104
ГЛАВА 3. ЭКСНКРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ НЕСУЩИХ И ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ 106
3.1. Экспериментальные исследования эксплуатационных качеств наружных
трехслойных стен 106
3.2. Экспериментальные исследования эксплуатационных качеств наружных
двухслойных стен 116
3.3. Экспериментальные исследования технологии устройства сборно-монолитных
конструкций в несъемной железобетонной опалубке с несущим арматурным каркасом «Филигран» 122
Выводы по главе 3 137
ГЛАВА 4. НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ВНЕДРЕНИЯ 138
4.1. Наружные многослойные стены 138
4.2. Сборно-монолитные конструкции в несъемной железобетонной опалубке с
несущим арматурным каркасом «Филигран» 143
4.3. Сборно-монолитные конструкции в системах «РЕКОН», УДС, КУБ-2,5 151
4.4. Основные результаты внедрения 153
Выводы по главе 4 154
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 155
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 158
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения результатов исследований 182
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Научные публикации автора по теме диссертационного исследования 187
ПРИЛОЖЕНИЕ В Сведения о патентах и заявках на патенты автора по теме диссертационного исследования 196
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Содержание профессиональной деятельности участников жизненного цикла гражданского здания 206
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Сведения о патентах на конструктивные и технологические решения некоторых отечественных сборно-монолитных систем 210
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Сведения о зданиях, исследованных для анализа достоверности оценки монолитных конструкций в гражданских зданиях 216
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Анкета для экспертной оценки монолитных конструкций и причин появлений дефектов конструкций 219
Актуальность исследования. К наиболее важным объектам для совершенствования эксплуатационных качеств (ЭК) в гражданском строительстве следует отнести здания с монолитным и сборно-монолитным железобетонным каркасом, вследствие доминирования этих строительных систем на рынке. Для существенного повышения ЭК необходимы новые методические подходы, стимулирующие поиск рациональных архитектурно-строительных и организационно-технологических решений. Основная ценность подобных методик заключается в выявлении и реализации возможностей осуществления качественных изменений на разных этапах жизненного цикла здания. Одним из вариантов решения такой задачи является комплексный подход, ставший методической основой системного инжиниринга, применяемого в лучших бизнес-проектах зарубежной и отечественной промышленности.
В связи с существующими технико-экономическими возможностями участников жизненного цикла здания, комплексный подход в повышении ЭК зданий можно реализовать только при выделении приоритетных направлений. Современная практическая деятельность участников по совершенствованию ЭК гражданских зданий не содержит методической основы и носит во многом случайный характер, не позволяющий реализовать комплексный подход. Отмеченный недостаток характерен для многих ее аспектов, включая организационно-технологическое обеспечение, которое определяется интенсивностью внедрения новых организационно-технологических и конструктивных решений, полученных на экспериментальной и изобретательской основе.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки методической основы, а также взаимосвязанных организационно-технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное повышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Степень разработанности темы исследования. Совершенствованием строительно-технологических решений на основе комплексного анализа занимались отечественные ученые: Афанасьев А.А., Байбурин А.Х., Батаев Д.К-С., Болотин С.А., Булгаков С.Н., Вержбовский Г.Б., Вильман Ю.А., Волков А.А., Головнев С.Г., Гусаков А.А., Завадскас Э.-К.К., Заренков В.А., Крылов В.Г., Лапи-дус А.А., Мищенко В.Я., Олейник П.П., Панибратов Ю.П., Теличенко В.И. и др.
В методологии проектирования зданий с ориентацией на важнейшие группы ЭК (надежность и безопасность) следует отметить работы: Авирома Л.С., Балдина В.А., Батя А.А., Болотина В.В., Бондаренко В.М., Гвоздева А.А., Колотилкина Б.М., Колчунова В.И., Перельмутера А.В., Райзера В.Д., Ржаницына А.Р., Рогонского В.А., Семченкова А.С., Тимашева С.А., Травуша В.И., Шапиро Г.И. и др.
Исследования в области совершенствования технологических процессов возведения монолитных и сборно-монолитных зданий для повышения их ЭК содержатся в трудах: Арбеньева А.С., Афанасьева А.А., Бадьина Г.М., Верстова В.В., Гныри А.И., Колчеданцева Л.М., Красновского Б.А., Мацкевича А.Ф., Миронова С.А., Мордича А.И., Несветаева Г.В., Николаева С.В., Пухаренко Ю.В., Шембакова В.А., Юдиной А.Ф. и многих других, включая исследователей, указанных выше.
Исследования в области повышения ЭК ограждений монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий содержатся в работах: Ананьева А.И., Ватина Н.И., Гринфельда Г.И., Гроздова В.Т., Деркача В.Н., Ищука М.К., Лобова О.И., Орловича Р.Б. и др.
Анализ публикаций показал недостаточную проработанность проблемы комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, связанных с его организационно-технологическим обеспечением.
Цель, гипотеза и задачи исследования.
Цель исследования - разработка методических, организационно-технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное повышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий (на примере строительного комплекса Урала).
В диссертации сформулирована гипотеза о том, что процесс комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий возможно осуществить за счет повышения ключевых параметров инженерно-функциональных ЭК при реализации метода распределенного повышения качества строительной продукции.
Объект исследования - эксплуатационные качества монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Предмет исследования - методы и технологии повышения эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Задачи исследования
1. Определить структуру ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, соответствующую концепции жизненного цикла строительного объекта, выявить содержание ЭК для учета потребностей участников жизненного цикла здания.
2. Разработать методику анализа ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с целью оценки их значимости и приоритета в совершенствовании.
3. Разработать модель комплексного подхода к решению задачи повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
4. Определить методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и разработать ее алгоритм (на примере деятельности участника жизненного цикла здания);
5. Разработать методику оценки инновационного потенциала монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий для определения приоритетов в их совершенствовании, а также систему оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе, позволяющую ее реализовать с достоверными результатами.
6. Разработать и экспериментально обосновать конструктивно-технологические решения несущих и ограждающих конструкций, обеспечивающие повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также комплект технологических карт по реализации предложенных решений.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
1. Предложена структура ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, соответствующая положениям теории строительной квалиметрии, которая позволяет использовать для анализа ЭК концепцию жизненного цикла строительного объекта (здания); выделены различные аспекты и содержание ЭК для учета потребностей участников жизненного цикла здания . Расширена научная классификация ЭК.
2. Предложена методика применения графоаналитического анализа с использованием теории графов (метод замощения плоскостей) для определения ключевых параметров, позволяющих систематизировать и ранжировать ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
3. Разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК за счет интеграции возможностей, выявляемых анализом распределенных взаимодействий, а также методико-технологических ресурсов основных участников жизненного цикла монолитного и сборно-монолитного гражданского здания, а также алгоритм ее практической реализации.
4. Определены методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан ее общий алгоритм (на примере деятельности строительного контроля заказчика). Разработана система оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе (патент РФ № 2675141) для достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также инновационного потенциала сборно-монолитных систем.
5. Предложена методика оценки инновационного потенциала систем сборно-монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совершенствовании.
6. Предложен комплекс новых конструктивно-технологических решений, защищенных 20 патентами РФ на изобретения и полезные модели, обеспечивающих повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с высокой технологической надежностью.
Положения, выносимые на защиту
1. Структура ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и методика применения графоаналитического анализа для определения их ключевых параметров.
2. Модель комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
3. Алгоритм достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
4. Методика оценки инновационного потенциала систем сборно-монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совершенствовании.
5. Совокупность новых конструктивно-технологических решений, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Методологической основой исследования послужил опыт проектирования и возведения монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий; методы натурных, расчётных и экспериментальных исследований параметров их ЭК; современная законодательная и нормативная правовая база в строительстве; методы математической статистики; метод теории графов и линейной алгебры; метод экспертных оценок; методы системного инжиниринга; структурно-функциональный анализ, а также методы эвристического синтеза технических систем.
Область исследования диссертационной работы соответствуют пунктам паспорта научной специальности 05.23.08 «Технология и организация строительства», а именно пункту 4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов, выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений», пункту 11 «Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и гражданских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструментального контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции».
Практическая, теоретическая ценность и реализация результатов исследований.
Практическая ценность результатов исследований заключается в следующем:
- экспериментально обоснованы технологические способы устройства гибких стержневых и полосовых связей в многослойных кладках из облицовочного кирпича и ячеистобетонных блоков;
- определены оптимальные составы звеньев, нормы времени и нормокомплекты для производства работ по возведению каркаса гражданского здания в несъемной железобетонной опалубке;
- разработаны и экспериментально обоснованы конструктивно-технологические решения наружных многослойных ненесущих стен с гибкими стержневыми и сетчатыми связями, обеспечивающие повышение ключевых параметров ЭК стенового ограждения гражданского здания;
- разработан и экспериментально обоснован комплекс конструктивно-технологических решений (патенты № 2653211, № 2658687, № 2695177, № 135671, № 145678, № 145947, № 163122, № 170807, № 178930, № 180555) по возведению каркаса гражданского здания с использованием несъемной железобетонной опалубки, обеспечивающих повышение его ключевых параметров ЭК;
- разработан комплект технологического оснащения каменщика (патенты № 131035, № 133861, № 146614), а также устройство для крепления кладки к перекрытию (патент № 2591707) и конструктивное решение подоконного отлива (патент № 188528), которые позволяют обеспечить повышение ключевых пара-метров ЭК наружного многослойного стенового ограждения с высокой технологической надежностью;
- разработан комплекс технологических решений по монтажу несущих конструкций систем сборно-монолитных гражданских зданий: «РЕКОН»; УДС; КУБ-2,5 (патенты № 2697985, № 2716626, № 2718889, № 156709), позволяющих с высокой технологической надежностью обеспечить возможность повышения ключевых параметров ЭК конструкций каркаса здания;
- разработан и внедрен в производство (строительные организации г. Екатеринбурга) комплект из шести технологических карт по реализации предложенных конструктивно-технологических решений для комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Значимость работы для теории заключается в следующем:
- усовершенствованы методы и технологии повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий;
- усовершенствована классификация ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и выявлены взаимосвязи между разными видами ЭК;
- разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий на основе их графоаналитического анализа и выявления ключевых показателей;
- разработан алгоритм практической реализации модели комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, содержащий возможность получения достоверной оценки ЭК;
- определены условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан общий алгоритм достоверной оценки ЭК;
- разработана методика оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий.
Опыт практической реализации результатов исследований свидетельствует о возможности и целесообразности их внедрения в гражданское строительство с целью повышения ключевых параметров ЭК конструкций зданий.
Основные результаты диссертационного исследования внедрены в производственную деятельность одного из крупнейших строительных холдингов Среднего Урала - АО «Корпорация «Атомстройкомплекс», строительной фирмы ООО «СК Система» (г. Екатеринбург), а также в производственную деятельность проектной организации ООО «Проектное бюро «Квартал» (г. Екатеринбург), экспертной организации ООО «Агентство «Эксперт-Информ» (г. Екатеринбург)», а также учебный процесс в Институте Строительства и Архитектуры Уральского федерального университета: дисциплины программ бакалавриата по направлению 08.03.01 «Строительство» (программа «Строительство зданий, сооружений и развитие территории», образовательная траектория «Промышленное и гражданское строительство») и магистратуры по направлению 08.04.01 «Строительство» (программы «Организационно-технологические и экономические решения в строительстве» и «Промышленное и гражданское строительство»).
Достоверность научных результатов, полученных в диссертации, обусловлена: использованием поверенных средств измерений, представительными объемами выборок, адекватными методами обработки экспериментальных данных, и подтверждается практикой реального возведения гражданских зданий, имеющих спрос на строительном рынке городов Среднего и Южного Урала (Екатеринбурга, Челябинска, Первоуральска и других), по разработанным на основе исследований технологическим картам.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на следующих научно-практических конференциях: XI, XIII и XIV Международные научно-практические конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт- Петербург, 2011 и 2012 годы); Международная научно-практическая конференция «Строительный комплекс России. Наука. Образование. Практика» (Улан- Удэ, 2012 год); I, II и III Международные конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2012, 2014 и 2016 годы); IV Региональный семинар «Применение изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения» (Екатеринбург, 2012 год); III Ельцинские чтения. Международная научно-практическая конференция «Современный город: проектирование строительство и развитие» (Екатеринбург, 2014 год); I Международная научно-практическая конференция «Строительство и экология: теория, практика, инновации» (Челябинск, 2015 год); Международная научно-практическая конференция «Современные строительные материалы, технологии и конструкции» (Грозный, 2015 год); I, III и V Международные конференции «Проблемы безопасности стратегических критичных инфраструктур» (Екатеринбург, 2015, 2017 и 2019 годы); IV Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: без-опасность, качество, энерго- и ресурсосбережения» (Якутск, 2016 год); X Всероссийская молодежная конференция «Современные технологии. Теория и практика» (Пермь, 2018 год).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 54 печатных работах, общим объемом 41,7 п.л., лично автором - 24,54 п.л., в том числе из них 6 статей в журналах из перечня ВАК, 4 статьи в журналах, входящих в международную базу цитирования Scopus, 9 патентов РФ на изобретение, 12 патентов РФ на полезные модели. По результатам исследования разработано 6 типовых технологических карт, внедренных в производство. Полный перечень публикаций автора по тематике исследования приведен в приложении Б.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них, общих выводов. Основная часть диссертации содержит 181 страницу машинописного текста, в т.ч. 28 таблиц, 54 рисунка, 20 формул и список использованной литературы из 286 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложения к диссертации выполнены на 39 страницах.
Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, описаны объект и предмет исследования, охарактеризована научная новизна исследований, представлена практическая значимость полученных результатов, а также приведены сведения об апробации, публикациях, структуре и объеме работы.
Первая глава содержит обоснование исследования монолитных и сборно-монолитных зданий для повышения ЭК гражданских зданий. В главе предложен новый подход к классификации и структуре ЭК гражданских зданий, а также к их анализу. Представлены основные достоинства и недостатки монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, влияющие на их ЭК. В главе определены (на примере г. Екатеринбурга) сборно-монолитная система и типы наружного ограждения, которые обладают потенциалом для комплексного повышения ЭК; установлены факторы для приоритетного совершенствования организационно-технологического обеспечения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Вторая глава содержит методику оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий и графоаналитического анализа для определения ключевых параметров инженерно-функциональных эксплуатационных качеств (ЭК) монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. В главе представлена модель комплексного подхода к повышению ЭК. Разработанный алгоритм практической реализации модели включает методы выделения приоритетных задач и определения возможности их решения разными участниками жизненного цикла здания. Приоритетными задачами определены ключевые параметры инженерно-функциональных ЭК. Также в главе, на основе экспертной оценки, сформулированы методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК на примере одного из ключевых его параметров, предложен инструмент повышения достоверности оценки ЭК гражданских монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Третья глава содержит результаты экспериментальных исследований ЭК наружных трехслойных и двухслойных стен гражданских монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. Также в главе представлены результаты экспериментального исследования технологии устройства сборно-монолитных конструкций в несъемной железобетонной опалубке.
В четвертой главе представлены, разработанные по результатам проведенных исследований, на изобретательской основе, конструктивно-технологические решения, направленные на комплексное повышение ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. Также в главе приведены основные результаты внедрения авторских разработок.
Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность за помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы научному руководителю - доктору технических наук, профессору кафедры «Строительное производство и теория сооружений» Южно-Уральского государственного университета А.Х. Байбурину, аспиранту Уральского федерального университета Зотеевой Е.Э. за помощь в оформлении работы; доктору экономических наук, профессору кафедры Систем управления энергетикой и промышленными предприятиями» Уральского федерального университета А.П. Исаеву за методическую помощь в подготовке диссертации.
В связи с существующими технико-экономическими возможностями участников жизненного цикла здания, комплексный подход в повышении ЭК зданий можно реализовать только при выделении приоритетных направлений. Современная практическая деятельность участников по совершенствованию ЭК гражданских зданий не содержит методической основы и носит во многом случайный характер, не позволяющий реализовать комплексный подход. Отмеченный недостаток характерен для многих ее аспектов, включая организационно-технологическое обеспечение, которое определяется интенсивностью внедрения новых организационно-технологических и конструктивных решений, полученных на экспериментальной и изобретательской основе.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки методической основы, а также взаимосвязанных организационно-технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное повышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Степень разработанности темы исследования. Совершенствованием строительно-технологических решений на основе комплексного анализа занимались отечественные ученые: Афанасьев А.А., Байбурин А.Х., Батаев Д.К-С., Болотин С.А., Булгаков С.Н., Вержбовский Г.Б., Вильман Ю.А., Волков А.А., Головнев С.Г., Гусаков А.А., Завадскас Э.-К.К., Заренков В.А., Крылов В.Г., Лапи-дус А.А., Мищенко В.Я., Олейник П.П., Панибратов Ю.П., Теличенко В.И. и др.
В методологии проектирования зданий с ориентацией на важнейшие группы ЭК (надежность и безопасность) следует отметить работы: Авирома Л.С., Балдина В.А., Батя А.А., Болотина В.В., Бондаренко В.М., Гвоздева А.А., Колотилкина Б.М., Колчунова В.И., Перельмутера А.В., Райзера В.Д., Ржаницына А.Р., Рогонского В.А., Семченкова А.С., Тимашева С.А., Травуша В.И., Шапиро Г.И. и др.
Исследования в области совершенствования технологических процессов возведения монолитных и сборно-монолитных зданий для повышения их ЭК содержатся в трудах: Арбеньева А.С., Афанасьева А.А., Бадьина Г.М., Верстова В.В., Гныри А.И., Колчеданцева Л.М., Красновского Б.А., Мацкевича А.Ф., Миронова С.А., Мордича А.И., Несветаева Г.В., Николаева С.В., Пухаренко Ю.В., Шембакова В.А., Юдиной А.Ф. и многих других, включая исследователей, указанных выше.
Исследования в области повышения ЭК ограждений монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий содержатся в работах: Ананьева А.И., Ватина Н.И., Гринфельда Г.И., Гроздова В.Т., Деркача В.Н., Ищука М.К., Лобова О.И., Орловича Р.Б. и др.
Анализ публикаций показал недостаточную проработанность проблемы комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, связанных с его организационно-технологическим обеспечением.
Цель, гипотеза и задачи исследования.
Цель исследования - разработка методических, организационно-технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное повышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий (на примере строительного комплекса Урала).
В диссертации сформулирована гипотеза о том, что процесс комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий возможно осуществить за счет повышения ключевых параметров инженерно-функциональных ЭК при реализации метода распределенного повышения качества строительной продукции.
Объект исследования - эксплуатационные качества монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Предмет исследования - методы и технологии повышения эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Задачи исследования
1. Определить структуру ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, соответствующую концепции жизненного цикла строительного объекта, выявить содержание ЭК для учета потребностей участников жизненного цикла здания.
2. Разработать методику анализа ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с целью оценки их значимости и приоритета в совершенствовании.
3. Разработать модель комплексного подхода к решению задачи повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
4. Определить методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и разработать ее алгоритм (на примере деятельности участника жизненного цикла здания);
5. Разработать методику оценки инновационного потенциала монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий для определения приоритетов в их совершенствовании, а также систему оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе, позволяющую ее реализовать с достоверными результатами.
6. Разработать и экспериментально обосновать конструктивно-технологические решения несущих и ограждающих конструкций, обеспечивающие повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также комплект технологических карт по реализации предложенных решений.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
1. Предложена структура ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, соответствующая положениям теории строительной квалиметрии, которая позволяет использовать для анализа ЭК концепцию жизненного цикла строительного объекта (здания); выделены различные аспекты и содержание ЭК для учета потребностей участников жизненного цикла здания . Расширена научная классификация ЭК.
2. Предложена методика применения графоаналитического анализа с использованием теории графов (метод замощения плоскостей) для определения ключевых параметров, позволяющих систематизировать и ранжировать ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
3. Разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК за счет интеграции возможностей, выявляемых анализом распределенных взаимодействий, а также методико-технологических ресурсов основных участников жизненного цикла монолитного и сборно-монолитного гражданского здания, а также алгоритм ее практической реализации.
4. Определены методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан ее общий алгоритм (на примере деятельности строительного контроля заказчика). Разработана система оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе (патент РФ № 2675141) для достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также инновационного потенциала сборно-монолитных систем.
5. Предложена методика оценки инновационного потенциала систем сборно-монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совершенствовании.
6. Предложен комплекс новых конструктивно-технологических решений, защищенных 20 патентами РФ на изобретения и полезные модели, обеспечивающих повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с высокой технологической надежностью.
Положения, выносимые на защиту
1. Структура ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и методика применения графоаналитического анализа для определения их ключевых параметров.
2. Модель комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
3. Алгоритм достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
4. Методика оценки инновационного потенциала систем сборно-монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совершенствовании.
5. Совокупность новых конструктивно-технологических решений, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Методологической основой исследования послужил опыт проектирования и возведения монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий; методы натурных, расчётных и экспериментальных исследований параметров их ЭК; современная законодательная и нормативная правовая база в строительстве; методы математической статистики; метод теории графов и линейной алгебры; метод экспертных оценок; методы системного инжиниринга; структурно-функциональный анализ, а также методы эвристического синтеза технических систем.
Область исследования диссертационной работы соответствуют пунктам паспорта научной специальности 05.23.08 «Технология и организация строительства», а именно пункту 4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов, выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений», пункту 11 «Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и гражданских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструментального контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции».
Практическая, теоретическая ценность и реализация результатов исследований.
Практическая ценность результатов исследований заключается в следующем:
- экспериментально обоснованы технологические способы устройства гибких стержневых и полосовых связей в многослойных кладках из облицовочного кирпича и ячеистобетонных блоков;
- определены оптимальные составы звеньев, нормы времени и нормокомплекты для производства работ по возведению каркаса гражданского здания в несъемной железобетонной опалубке;
- разработаны и экспериментально обоснованы конструктивно-технологические решения наружных многослойных ненесущих стен с гибкими стержневыми и сетчатыми связями, обеспечивающие повышение ключевых параметров ЭК стенового ограждения гражданского здания;
- разработан и экспериментально обоснован комплекс конструктивно-технологических решений (патенты № 2653211, № 2658687, № 2695177, № 135671, № 145678, № 145947, № 163122, № 170807, № 178930, № 180555) по возведению каркаса гражданского здания с использованием несъемной железобетонной опалубки, обеспечивающих повышение его ключевых параметров ЭК;
- разработан комплект технологического оснащения каменщика (патенты № 131035, № 133861, № 146614), а также устройство для крепления кладки к перекрытию (патент № 2591707) и конструктивное решение подоконного отлива (патент № 188528), которые позволяют обеспечить повышение ключевых пара-метров ЭК наружного многослойного стенового ограждения с высокой технологической надежностью;
- разработан комплекс технологических решений по монтажу несущих конструкций систем сборно-монолитных гражданских зданий: «РЕКОН»; УДС; КУБ-2,5 (патенты № 2697985, № 2716626, № 2718889, № 156709), позволяющих с высокой технологической надежностью обеспечить возможность повышения ключевых параметров ЭК конструкций каркаса здания;
- разработан и внедрен в производство (строительные организации г. Екатеринбурга) комплект из шести технологических карт по реализации предложенных конструктивно-технологических решений для комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Значимость работы для теории заключается в следующем:
- усовершенствованы методы и технологии повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий;
- усовершенствована классификация ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и выявлены взаимосвязи между разными видами ЭК;
- разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий на основе их графоаналитического анализа и выявления ключевых показателей;
- разработан алгоритм практической реализации модели комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, содержащий возможность получения достоверной оценки ЭК;
- определены условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан общий алгоритм достоверной оценки ЭК;
- разработана методика оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий.
Опыт практической реализации результатов исследований свидетельствует о возможности и целесообразности их внедрения в гражданское строительство с целью повышения ключевых параметров ЭК конструкций зданий.
Основные результаты диссертационного исследования внедрены в производственную деятельность одного из крупнейших строительных холдингов Среднего Урала - АО «Корпорация «Атомстройкомплекс», строительной фирмы ООО «СК Система» (г. Екатеринбург), а также в производственную деятельность проектной организации ООО «Проектное бюро «Квартал» (г. Екатеринбург), экспертной организации ООО «Агентство «Эксперт-Информ» (г. Екатеринбург)», а также учебный процесс в Институте Строительства и Архитектуры Уральского федерального университета: дисциплины программ бакалавриата по направлению 08.03.01 «Строительство» (программа «Строительство зданий, сооружений и развитие территории», образовательная траектория «Промышленное и гражданское строительство») и магистратуры по направлению 08.04.01 «Строительство» (программы «Организационно-технологические и экономические решения в строительстве» и «Промышленное и гражданское строительство»).
Достоверность научных результатов, полученных в диссертации, обусловлена: использованием поверенных средств измерений, представительными объемами выборок, адекватными методами обработки экспериментальных данных, и подтверждается практикой реального возведения гражданских зданий, имеющих спрос на строительном рынке городов Среднего и Южного Урала (Екатеринбурга, Челябинска, Первоуральска и других), по разработанным на основе исследований технологическим картам.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на следующих научно-практических конференциях: XI, XIII и XIV Международные научно-практические конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт- Петербург, 2011 и 2012 годы); Международная научно-практическая конференция «Строительный комплекс России. Наука. Образование. Практика» (Улан- Удэ, 2012 год); I, II и III Международные конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2012, 2014 и 2016 годы); IV Региональный семинар «Применение изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения» (Екатеринбург, 2012 год); III Ельцинские чтения. Международная научно-практическая конференция «Современный город: проектирование строительство и развитие» (Екатеринбург, 2014 год); I Международная научно-практическая конференция «Строительство и экология: теория, практика, инновации» (Челябинск, 2015 год); Международная научно-практическая конференция «Современные строительные материалы, технологии и конструкции» (Грозный, 2015 год); I, III и V Международные конференции «Проблемы безопасности стратегических критичных инфраструктур» (Екатеринбург, 2015, 2017 и 2019 годы); IV Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: без-опасность, качество, энерго- и ресурсосбережения» (Якутск, 2016 год); X Всероссийская молодежная конференция «Современные технологии. Теория и практика» (Пермь, 2018 год).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 54 печатных работах, общим объемом 41,7 п.л., лично автором - 24,54 п.л., в том числе из них 6 статей в журналах из перечня ВАК, 4 статьи в журналах, входящих в международную базу цитирования Scopus, 9 патентов РФ на изобретение, 12 патентов РФ на полезные модели. По результатам исследования разработано 6 типовых технологических карт, внедренных в производство. Полный перечень публикаций автора по тематике исследования приведен в приложении Б.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них, общих выводов. Основная часть диссертации содержит 181 страницу машинописного текста, в т.ч. 28 таблиц, 54 рисунка, 20 формул и список использованной литературы из 286 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложения к диссертации выполнены на 39 страницах.
Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, описаны объект и предмет исследования, охарактеризована научная новизна исследований, представлена практическая значимость полученных результатов, а также приведены сведения об апробации, публикациях, структуре и объеме работы.
Первая глава содержит обоснование исследования монолитных и сборно-монолитных зданий для повышения ЭК гражданских зданий. В главе предложен новый подход к классификации и структуре ЭК гражданских зданий, а также к их анализу. Представлены основные достоинства и недостатки монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, влияющие на их ЭК. В главе определены (на примере г. Екатеринбурга) сборно-монолитная система и типы наружного ограждения, которые обладают потенциалом для комплексного повышения ЭК; установлены факторы для приоритетного совершенствования организационно-технологического обеспечения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Вторая глава содержит методику оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий и графоаналитического анализа для определения ключевых параметров инженерно-функциональных эксплуатационных качеств (ЭК) монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. В главе представлена модель комплексного подхода к повышению ЭК. Разработанный алгоритм практической реализации модели включает методы выделения приоритетных задач и определения возможности их решения разными участниками жизненного цикла здания. Приоритетными задачами определены ключевые параметры инженерно-функциональных ЭК. Также в главе, на основе экспертной оценки, сформулированы методические и организационные условия получения достоверной оценки ЭК на примере одного из ключевых его параметров, предложен инструмент повышения достоверности оценки ЭК гражданских монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Третья глава содержит результаты экспериментальных исследований ЭК наружных трехслойных и двухслойных стен гражданских монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. Также в главе представлены результаты экспериментального исследования технологии устройства сборно-монолитных конструкций в несъемной железобетонной опалубке.
В четвертой главе представлены, разработанные по результатам проведенных исследований, на изобретательской основе, конструктивно-технологические решения, направленные на комплексное повышение ЭК несущих и ограждающих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. Также в главе приведены основные результаты внедрения авторских разработок.
Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность за помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы научному руководителю - доктору технических наук, профессору кафедры «Строительное производство и теория сооружений» Южно-Уральского государственного университета А.Х. Байбурину, аспиранту Уральского федерального университета Зотеевой Е.Э. за помощь в оформлении работы; доктору экономических наук, профессору кафедры Систем управления энергетикой и промышленными предприятиями» Уральского федерального университета А.П. Исаеву за методическую помощь в подготовке диссертации.
Изложенные в данной работе методические подходы могут быть применены при исследовании и совершенствовании эксплуатационных качеств (ЭК) гражданских зданий других строительных систем: крупнопанельных, кирпичных, а также, при соответствующей корректировке, промышленных объектов.
Ранее разработанные автором технологические карты планируется актуализировать и дополнить их перечень (по результатам дальнейших исследований возможностей повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий), а также с учетом изменений нормативной базы.
Результаты методических разработок используются в учебном процессе образовательных программ бакалавриата и магистратуры, реализуемых в Институте Строительства и Архитектуры УрФУ (дисциплины: «Управление качеством в строительстве»; «Инновационные методы и технологии в строительстве»; «Разработка новых решений в строительстве»).
По результатам исследований также планируется издать учебное пособие, посвященное вопросам организационно-технологического обеспечения эксплуатационных качеств гражданских зданий в современных условиях.
В последующей работе предполагается выполнить исследования по следующим направлениям: разработка методики комплексного анализа изобретательских решений по возведению несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий, обеспечивающих повышение их ЭК; разработка методики оценки технологической надежности процессов возведения несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий; оценка качества возведения сборно-монолитных конструкций современных конструктивных систем гражданских зданий; разработка методики технико-экономического обоснования внедрения новых конструктивных и технологических решений в гражданское строительство; дальнейшая разработка и совершенствование монтажной оснастки для возведения несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий с высокой технологической надежностью.
Ранее разработанные автором технологические карты планируется актуализировать и дополнить их перечень (по результатам дальнейших исследований возможностей повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий), а также с учетом изменений нормативной базы.
Результаты методических разработок используются в учебном процессе образовательных программ бакалавриата и магистратуры, реализуемых в Институте Строительства и Архитектуры УрФУ (дисциплины: «Управление качеством в строительстве»; «Инновационные методы и технологии в строительстве»; «Разработка новых решений в строительстве»).
По результатам исследований также планируется издать учебное пособие, посвященное вопросам организационно-технологического обеспечения эксплуатационных качеств гражданских зданий в современных условиях.
В последующей работе предполагается выполнить исследования по следующим направлениям: разработка методики комплексного анализа изобретательских решений по возведению несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий, обеспечивающих повышение их ЭК; разработка методики оценки технологической надежности процессов возведения несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий; оценка качества возведения сборно-монолитных конструкций современных конструктивных систем гражданских зданий; разработка методики технико-экономического обоснования внедрения новых конструктивных и технологических решений в гражданское строительство; дальнейшая разработка и совершенствование монтажной оснастки для возведения несущих и ограждающих конструкций гражданских зданий с высокой технологической надежностью.
Подобные работы
- ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МОНОЛИТНЫХ И СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА УРАЛА)
Авторефераты (РГБ), технология строительных процессов. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2021



