ВВЕДЕНИЕ 3
1 Обзор литературных источников и нормативных документов по вопросам усиления стальных конструкций каркасов промышленных зданий при реконструкции 8
1.1 Анализ применимости металлоконструкций для объектов промышленной отрасли 8
1.2 Предпосылки к усилению металлоконструкций промышленных объектов 13
1.3 Порядок назначения решений по усилению металлоконструкций промышленных объектов 13
2 Основные задачи реконструкции промышленных зданий 22
3 Особенности усиления строительных конструкций стальных каркасов при реконструкции 29
4 Существующие методы усиления металлических конструкций промышленных зданий 35
4.1 Усиление различных конструктивных элементов металлокаркаса 35
4.2 Способы усиления металлических конструкций композитными материалами 46
5 Технико-экономическое сравнение затрат при усилении стальных конструкций каркасов традиционными способами и с применением композитных материалов 56
6 Рекомендации по реконструкции промышленных зданий с учетом усиления их стального каркаса 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 71
Тема магистерской диссертации: усиление стальных каркасов промышленных зданий при реконструкции.
Актуальность. Развитие современной промышленной сферы как в Российской Федерации, так и в общепланетарных масштабах не представляется возможным без организации специально оборудованных промышленных зданий, на базе которых производится реализации различных технологических и прочих операций, предусмотренных профилем деятельности предприятия для каждого конкретного случая.
Реализацию возведения вышеописанных промышленно-производственных объектов (зданий и помещений) в последнее время в значительно чаще решают с применением металлических конструкций и узлов, что коррелируется с общефедеральными трендами на рынке металлоконструкций, ситуация по которым фиксируется и описывается специализированных федеральными органами [1 – 3]: по итогам 2020 года структура потребителей металлоконструкций складывалась следующим образом: возведение объектов жилищного фонда: 6,9 % (прирост на 0,5 % относительно 2010); возведение объектов муниципального и коммерческого назначения 48,2 % (прирост на 4,6 % относительно 2010); возведение объектов промышленного комплекса 50,4 % (прирост на 5,5 % относительно 2010).
При этом, наибольшую динамику потребления строительных металлических конструкций показывает сфера промышленного строительства, что подтверждается общефедеральной тенденцией роста производственных мощностей, и как следствия, ростом спроса на металлоконструкции для реконструкции существующих и ввода новых производственных мощностей [1 – 3].
Согласно статистическим данным федеральных источников [1 – 7], в Российской Федерации тенденциозным является рост спроса на металлоконструкции, что, естественно приводит к увеличению сегмента производства последних. Так, согласно данным [1 – 3], в Российской Федерации насчитывается порядка 105 предприятий, производящих тяжелые строительные металлические конструкции, другими словами, продукция данных предприятий (толщиной металла не менее 4 мм) была использована для возведения разноплановых объектов для различного назначения. Среди прочей металлической продукции, выпускаемой вышеуказанными предприятиями, строительные металлоконструкции по итогу 2020 года составляют 72 %, против аналогичного показателя в 69 % в 2019 году (прирост 3 %). Суммарный выпуск тяжелых металлических конструкций в динамике составляет 3218,3 тыс. т. в 2020 году против аналогичного показателя в 2010 году в 567,7 тыс. т. (прирост в 466,9 %) [1 – 3].
Причины, по которым строительные организации принимают решения по организации возведения объектов промышленно-производственного назначения на основании металлоконструкций и узлов, базируются на основных преимуществах металлических строительных изделий, против такой же группы строительных изделий массового потребления – относительно дешевых железобетонных конструкций: относительно быстрые строки возведения (быстровозводимые здания); унитарность и типизация элементов металлоконструкций; широкая номенклатурой изделий; высокая эксплуатационная надёжность; относительно простые методы монтажа, реконструкции, ремонта и замены элементов, потерявших проектные характеристики [1 – 3].
На ряду с высокой степенью применимости стальных металлоконструкций при возведении новых строительных объектов и сооружений различного функционального (в т.ч. производственного) назначения, в настоящее время существует проблематика существующего фонда промышленного комплекса, прошедшего интенсивный рост высокоиндустриальных периодов развития экономики на территории Российской Федерации, отмеченная в публикациях [4 ‒ 7].
Действующий (либо выведенный из эксплуатации) фонд промышленных металлоконструктивных строительных объектов и сооружений, возведённых в прошлые индустриальные периоды подвергался воздействию дефектообразующих факторов (коррозия, механический износ, агрессивная среда, прочее), приведших к значительному снижению эксплуатационной надёжности исследуемых строительных конструкций, что приводит к невозможности нормальной организации производственных процессов и частичного (либо полного) вывода данных объектов из эксплуатации, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях промышленного сектора экономики страны в целом и создаёт актуальные условия формирования и развития комплексных (либо локальных) программ капитального ремонта, реконструкции и восстановления несущей способности строительных конструкций промышленных объектов.
Отсутствие адекватных мер по предупреждению воздействия на металлоконструкции промышленных объектов дефектообразующих факторов (либо отсутствие действенных периодических ремонтных программ) приводит к развитию аварий и аварийных ситуации в промышленном комплексе Российской Федерации, что также оказывает непосредственное отрицательное влияние на экономические показатели как отрасли, так и страны в целом [8 ‒ 14].
Таким образом, выделены безусловные факторы, обосновывающие необходимость проведения ремонтно-восстановительных работ и реконструкции на строительных объектах и сооружениях промышленного назначения (дефективно-аварийное состояние), при этом также существуют косвенные причины внедрения программ модернизации, реконструкции и капитальных ремонтов производственных объектов в металлоконструктивном решении:
‒ перепрофилизация объекта реконструкции со сменой функционального назначения [15, 16];
‒ интеграция промышленных объектов в растущие урбан-агломерации с их редевелопментом и ревитализацией со сменой объекта первичного промышленного назначения в объекты жилого и общественного фонда [17 ‒ 23];
‒ повышение технико-экономических показателей и безопастностных параметров металлоконструкций действующего эксплуатируемого промышленного объекта путём внедрения экономически обоснованных модернизационных и оптимизационных решений с учётом современных достижений в отрасли [24, 25].
Представленные причины реконструкции промышленных объектов не представляются возможными без проведения соответствующего обследования [26, 27] и разработки решений по усилению металлоконструкций [28].
Таким образом, сформированы предпосылки (описанные выше), актуализирующие заданное направление магистерских изысканий ‒ усиление стальных каркасов промышленных зданий при реконструкции.
Объект исследований: металлоконструкции промышленных объектов.
Предмет исследований: решения по усилению металлоконструкций при реконструкции объектов промышленного назначения.
Цель исследований ‒ разработка технико-конструкционных решений по усилению металлоконструкций строительного объекта промышленного назначения при реконструкции.
Задачи исследований:
1. Выполнение обзора литературных источников и нормативных документов по вопросам усиления стальных конструкций каркасов промышленных зданий при реконструкции;
2. Выделение основных задач реконструкции промышленных зданий;
3. Выделение особенностей усиления строительных конструкций стальных каркасов при реконструкции;
4. Анализ существующих методов усиления металлических конструкций промышленных зданий;
5. Технико-экономическое сравнение затрат при усилении стальных конструкций каркасов традиционными способами и с применением композитных материалов;
6. Разработка рекомендации по реконструкции промышленных зданий с учетом усиления их стального каркаса.
Новизна исследований базируется на получении действенного технико-конструкционного предложения по усилению металлоконструкций промышленного объекта с использованием композитных материалов, сформированного на основании опыта реконструкции строительных объектов фокусной группы с учётом результатов технико-экономического обоснования.
Практическая значимость исследований определяется возможностью расширения полученных практических решений по усилению металлоконструкции объектов и сооружений промышленного назначения с использованием композитных материалов на аналогичные объекты, проходящие стадию реконструкции / капитального ремонта.
В соответствии с поставленными целями и задачами в раках заданного направления по усилению стальных каркасов промышленных зданий при реконструкции установлены следующие выводы:
‒ в настоящее время существует нормативное требование в необходимости организовать внедрение следующих мероприятий по продлению эксплуатационного ресурса металлоконструкции объектов промышленности: организовать неуклонное соблюдение нормативных сроков проведения проверок и надзора за техническим состоянием металлоконструкций промышленных зданий; на основании технико-экономического обоснования выполнить частичную замену наиболее повреждённых конструктивных элементов строительных металлических конструкций промышленных объектов с учётом конструктивных методов антикоррозионной защиты и локального антикоррозионного исполнения коммутации конструкционно-технологических элементов в рамках общего металлокаркаса (на основании соответствующих проектных решений); восстановление и организация неуклонного соблюдения контроля антикоррозионного покрытия строительных металлических конструкций промышленных зданий;
‒ сформулированы основные задачи при реконструкции промышленных объектов, требующие должного инженерного подхода в зависимости от стратегии последующей эксплуатационной стратегии$
‒ на основании опыта интенсивного индустриального развития объектов промышленности, сформированы особенности усиления строительных конструкций стальных каркасов при реконструкции, которые учитывают локальных технолого-конструкционные особенности зданий и сооружений производственных объектов, и позволяют сформировать базисные набор методов реконструкции и разработки новых оптимизационных решений;
‒ полученный в предыдущие годы интенсивного индустриально-промышленного зодчества опыт усиления конструктивных элементов металлокаркасов расширен и дополнен современными исследованиями, в ходе которых получены действенные конструктивные решения, которые в большей степени направлены на обеспечение надёжной работы контактной пары «балка+колонна», при этом существует необходимость разработки решений, направленных на обеспечение возможности ремонта и усиления прочих конструктивно-технологических элементов металлических каркасов промышленных зданий;
‒ на основании анализа российских и зарубежных практик и исследований по эксплуатации композитных материалов приходим к выводу о высоком потенциале конструкционно-прочностной и экономической применимости данных материалов;
‒ выполнение работ по усилению исследуемой металлической балки композитными материалами является экономически обоснованным ‒ разница затрат составляет 5197,79 руб. ‒ 4249,67 руб. = 948,12 руб. (18,24 %);
‒ представленный медианный алгоритм, содержит прямую последовательность операций, выполнение которых позволит реализовать технологию реконструкции промышленного объекта путём внедрения современных решений по усилению и продлению ресурса строительных, а в частности металлических каркасных конструкций. При этом, на основании ведущих исследований и практик оптимальным является вариант усиления металлокаркаса промышленных зданий композитными материалами (в частности ‒ фиброармированным полимером), что несёт не только конструкционно-прочностной эффект, но и экономическую целесообразность (по результатам сравнительных расчётов р. 5 настоящей МД).
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
