Научный журнал «Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура» издается с 2001 года. В нем отражаются результаты фундаментальных теоретических и прикладных исследований в области архитектуры и строительства, выполненных на кафедрах и в лабораториях, имеющие принципиальное научное значение, теоретическую и практическую значимость, ранее не публиковавшиеся. Среди авторов статей – преподаватели и научные сотрудники, аспиранты и докторанты Архитектурно-строительного института и ЮУрГУ, а также других ВУЗов России и ближнего зарубежья, руководители крупных предприятий строительной отрасли Южного Урала и других регионов.
РАСПОЗНАВАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ НА СПУТНИКОВЫХ СНИМКАХ С ПОМОЩЬЮ НЕЙРОСЕТЕВОГО АЛГОРИТМА
В статье описан алгоритм распознавания и классификации изображений природных ресурсов на спутниковых снимках, использующий методы машинного обучения с учителем, при подготовке обучающего набора данных которого использовались четыре различных подхода: Gaussian Mixture Model, Random Forest, Support Vector Machines, K-Nearest Neighbors. Экспериментально установлены параметры архитектуры нейросети, позволяющие классифицировать природные ресурсы с наибольшей точностью
Инженерная геометрия и компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий
Copyright (c) 2025 Construction Engineering and Architecture
АЛГОРИТМ ЦИФРОВОЙ ПОДДЕРЖКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАЛОГАБАРИТНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Предлагается алгоритм, основанный на проведении компьютерного эксперимента и создании цифровых двойников малогабаритных аэродинамических труб для верификации результатов, физических экспериментов с использованием такого вида труб и их валидацией в задачах аэродинамики, а также с целью обеспечения цифровой поддержки их жизненного цикла при проведении модельных экспериментов в области, на-пример, строительной аэродинамики. На основе полученных данных натурного эксперимента в аэродинамической установке с малой рабочей областью создается ее цифровой двойник и выполняется компьютерное моделирование эксперимента над ней. Соблюдение точного геометрического подобия между физической трубой и ее цифровой моделью позволяет получить высокую степень согласования результатов экспериментов, то есть близкие значения распределения ветровых потоков, их направлений и скоростей, что, в свою очередь, необходимо для создания эффективной методики верификации результатов экспериментов в аэродинамических трубах малых габаритов, в частности, при проектировании зданий и сооружений, и расчете строительных конструкций на ветровые нагрузки. Предложенный на основе полученных в статье результатов алгоритм цифровой поддержки позволяет обеспечить работоспособность малогабаритных аэродинамических экспериментальных установок.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЖЕЛЕЗА, МАРГАНЦА И АММОНИЯ
Изучена работа системы очистки воды высокой минерализации для нужд металлообрабатывающего предприятия, в составе которой используется установка обратного осмоса. Выявлены причины неудовлетворительной работы системы очистки и выработаны рекомендации по ее улучшению на основе оценки качества воды в пробах на стадиях водоочистки и оценки склонности исходной воды к образованию отложений на мембранах обратного осмоса. Целью работы является разработка эффективной технологии очистки высоко-минерализованной воды, одновременно содержащей ионы аммония и железа, на основе исследования действующей системы очистки воды на предприятии. Подземные воды имеют хлоридно-сульфатный кальциево-магниевый тип и не отвечают требованиям к питьевой воде по мутности, общей минерализации, жесткости общей, аммонию, железу общему, силикатам, магнию, марганцу, натрию, стронцию и хлоридам. Показатели качества воды на различных стадиях водоподготовки определяли по стандартным методикам. Для анализа поверхности зерна фильтрующего материала применяли растровую электронную микроскопию высокого разрешения. Локальный анализ элементного состава зерна фильтрующего материала и осадка его поверхности проводили методом энергодисперсионной спектрометрии. Исследованы гипотетический состав подземных вод, качество воды на различных стадиях водоподготовки, рассчитаны индекс плотности осадка, индекс насыщения Ланжелье и энергия Гиббса углекислотного равновесия в аэраторе, проведена оценка работы аэрации. Выявлены причины снижения производительности установки обратного осмоса и частой замены загрузки напорных фильтров. Исследуемая вода, подаваемая на установку обратного осмоса, не удовлетворяет требованиям по жесткости общей, железу общему. Доказана недостаточность удельного расхода воздуха в аэраторе. Наблюдалась кольматация зернистого фильтрующего материала карбонатом кальция и аморфным кремнием. Предложены технические решения повышения эффективности аэрации-дегазации и обезжелезивания на этапе предварительной очистки воды перед обратным осмосом. Предложенные решения будут актуальными для проектирования и эксплуатации технологических схем очистки подземных вод сложного состава.
Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВА РАБОЧИХ ШВОВ И СТЫКОВ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
практике строительства широко используются монолитные, сборные и сборно-монолитные железобетонные конструкции, при этом неминуемо возникает вопрос обеспечения надежного контакта вновь укладываемой бетонной смеси («новая бетонная смесь») с ранее уложенным слоем, набравшим определенную прочность («старый бетон»). Проанализированы требования, предъявляемые нормативной литературой, и применяемые в настоящее время технологии выполнения рабочих швов бетонирования. Рассмотрены результаты научных работ, направленных на изучение влияния рабочего шва бетонирования на работу монолитных железобетонных конструкций. Ранее разработанная автором технология устройства технологических швов и стыков в железобетонных конструкциях с применением шлакощелочного бетона и результаты опытно-производственных исследований предложенной технологии устройства рабочего шва бетонирования в монолитных железобетонных конструкциях на примере шарнирно-закрепленных балок вызвали необходимость уточнения технологических параметров данной технологии: вида и характеристики вновь укладываемой бетон-ной смеси; возраста «старого» бетона к моменту укладки нового слоя и состояния его контактной поверхности; типа и материала отсечки «старого» бетона; способы уплотнения вновь укладываемой бетонной смеси. В данной работе исследованы и уточнены технологические параметры соединения разновозрастных бетонов, повышающие эксплуатационную надежность швов и стыков в железобетонных конструкциях.
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ИЗВЕСТИ В ПРИСУТСТВИИ ПУЦЦОЛАНОВОЙ ДОБАВКИ
Приведены сведения о прочности образцов на основе гидравлической извести в присутствии пуццолановой добавки диатомита. Установлено, что замена гидравлической извести диатомитом приводит к повышению прочности при сжатии в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях. При замене 20 % гидравлической извести диатомитом прочность при сжатии составляет 35 кгс/см2, а при замене 10 % диатомитом – 30 кгс/см2. Индекс пуццолановой прочности составляет 1,07–1,25 в зависимости от содержания диатомита. Методом дифференциально-термического анализа выявлено меньшее содержание портландита, кальцита и большее содержание гидросиликата кальция в структуре образцов с добавкой диатомита. Реакция карбонизации образцов на основе гидравлической извести NHL5 имеет более высокую скорость на ранней стадии затвердевания по сравнению с образцами с применением диатомита.
Construction materials, products and structures
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ П-ОБРАЗНЫХ КРОНШТЕЙНОВ НАВЕСНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ
В настоящей статье представлены результаты экспериментальных исследований натурных образцов П-образных кронштейнов, производимых ООО «ИНСИ стальные конструкции» для навесных вентилируемых фасадов. Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения надежности и безопасности фасадных систем, подверженных воздействию ветровых нагрузок. Целью работы являлось определение фактической несущей способности и деформативных характеристик П-образных кронштейнов различных типоразмеров, подвергаемых воздействию статических и горизонтальных ветровых нагрузок. Для достижения поставленной цели использовалась методика экспериментальных испытаний натурных образцов с последую-щим анализом полученных данных. Экспериментальные исследования были дополнены конечно-элементным анализом (МКЭ) тех же кронштейнов в программном комплексе ANSYS. Проводился анализ как прочностных, так и деформационных характеристик. В ходе эксперимента было испытано 20 образцов двух типоразмеров кронштейнов с различными вариантами сечений. Сопоставление результатов МКЭ и натурных экспериментов позволило определить максимальную допустимую нагрузку для каждого типа кронштейна, а также подтвердить достоверность моделирования. Полученные результаты имеют практическую значимость для проектирования надежных и безопасных навесных фасадных систем.
ВОЗМОЖНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ И РАСЧЕТ АРМИРОВАНИЯ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ СТАДИКОН
В данной работе представлен детальный анализ возможных вертикальных перемещений плиты перекрытия в программе СтаДиКон. Данное программное обеспечение позволяет проводить расчеты с высокой степенью точности и надежности, что особенно важно для проектирования современных строительных конструкций. В процессе работы был проведен расчет армирования плиты, в ходе которого была подобрана необходимая арматура, которая эффективно воспринимает заданные нагрузки, включая как статические, так и динамические воздействия. Особое внимание уделено методам определения необходимых параметров армирования, в том числе выбор типа и диаметра арматуры, а также расчет расстояний между стержнями. В результате исследования были разработаны схемы, иллюстрирующие результаты расчета вертикальных перемещений плиты перекрытия, что позволяет визуализировать поведение конструкции под воздействием внешних факторов. Также представлены данные о необходимой площади сечения дополнительного армирования при условии заданного основного армирования. Эти вычисления играют ключевую роль в выявлении слабых мест конструкции и позволяют оптимизировать расположение и размеры несущих элементов. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего проектирования и анализа других конструктивных элементов зданий и сооружений, таких как балки и колонны. Таким образом, работа не только способствует более глубокому пониманию поведения плит перекрытия под воздействием нагрузок, но и предоставляет практические рекомендации для инженеров-строителей, стремящихся повысить надежность и долговечность строительных конструкций. В конечном итоге результаты данного исследования могут служить основой для разработки более эффективных методов проектирования и строительства, что имеет важное значение в условиях современного строительства, требующего высокой степени безопасности и устойчивости к внешним воздействиям.
АРХИТЕКТУРНОЕ СТЕКЛО КАК СРЕДСТВО ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТИ
В статье рассматривается архитектурное стекло как конструктивный и художественный материал, его свойства, виды и сферы применения. Выявляются возможности достижения образно-художественной выразительности архитектурных объектов путем использования различных изделий и конструкций из стекла, их современные технические и визуальные характеристики. Отмечается роль стеклянных конструктивных элементов как произведений монументально-декоративного искусства на примере витража. Архитектурное стекло рассматривается как материал, дающий максимальные возможности для использования света (естественного и искусственного) в создании различных образов и сценариев использования архитектурной среды. Исследуется художественный потенциал современных интегративных систем, объединяющих стеклянные конструкции и системы искусственного освещения. Рассматривается влияние архитектурно-художественного стекла на современную архитектуру и дизайн.
РОЛЬ БРИЗОВЫХ ВЕТРОВ В ФОРМИРОВАНИИ АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНОЙ СТРУКТУРЫ ПРИМОРСКИХ ГОРОДОВ
Данная статья освещает влияние бризовых ветров на формирование архитектурно-планировочных подходов в градостроительстве. На микроклимат приморских городов бризовые ветры оказывают непосредственное влияние, которое необходимо изучать и учитывать в архитектурно-планировочных подходах проектирования застройки. При написании статьи были использованы современные технологии мониторинга и моделирования климата, а также спутниковые изображения высокого разрешения, основанные на таких известных математических моделях, как ICON, GFS и GEM. Проводились морфометрические оценки рельефа и построение поперечных профилей заданных территорий, что позволило выделить ряд направлений градостроительных прикладных задач. Исследование затронуло обширную территорию Черноморского побережья Краснодарского края и позволило определить период с марта по октябрь как наиболее активное время действия бризовых ветров, особо важное для архитектурно-планировочного проектирования. На основании проведѐнного анализа были сформулированы рекомендации по градостроительству на приморских территориях, основной целью которых является создание комфортной и благоприятной среды для жизнедеятельности человека в теплый период года с учетом активного использования естественных климатических условий. Сделаны выводы, что бризовые ветры обладают целым рядом положительных свойств, формирующих благоприятные микроклиматические условия для проживания и отдыха людей. Именно поэтому приморским городам в современных архитектурно-планировочных подходах следует учитывать всѐ то влияние, которое они оказывают на застройку городов.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА ПРИ РАСЧЕТЕ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ
В статье представлен комплексный подход к использованию компьютерной обработки материалов дистанционного зондирования земли для количественной оценки территорий, подвергающихся наводнениям. Приведён практический опыт использования предложенного алгоритма с применением ГИС для возможности получения данных о границах территорий на примере древесно-кустарниковой растительности, не-обходимых для учета при расчете возможных зон затопления на базе 3D-моделей рельефа при необходимой адаптации входной информации. При расчетах вегетационного индекса использовались возможности открытых программных продуктов и общедоступных материалов дистанционного зондирования с применением метода NDVI. Применение этапного подхода к определению зон затопления с применением единых исходных данных дистанционного зондирования позволило исключить ряд ошибок, связанных с особенностями получения производных элементов ДЗЗ, таких как трансформирование, привязка, коррекция и пр. Расчёт границ зон затопления выполнен путем определения линии пересечения поверхности рельефа с поверхностью, имитирующей уровень воды. Численно установлена зависимость качества определения границ зон затопления от уровня лесистости территории. Косвенно подтверждено наличие в открытых цифровых моделях рельефа остаточных артефак-тов, представляющих собой растительный покров.
ПОДГОТОВКА IT-СПЕЦИАЛИСТОВ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ИЗДЕЛИЙ В РАМКАХ ФЕДЕРАЛЬНОГО ПРОЕКТА «ЦИФРОВЫЕ КАФЕДРЫ»
Рассмотрено содержание подготовки IT-специалистов на кафедре инженерной и компьютерной графики ЮУрГУ по программе «Конструирование изделий машиностроения с применением трехмерного моделирования в программе Компас-3D» в рамках проекта «Цифровые кафедры». Этот курс ориентирован на изучение основ компьютерного геометрического моделирования на базе пакета Компас-3D применительно к решению инженерных задач по проектированию и конструированию изделий машиностроения во всех отраслях промышленности. В процессе обучения слушатели изучают стандарты по оформлению конструкторской документации, элементы программирования, научные аспекты создания кривых линий и поверхностей, элементы промышленного дизайна. Практическое применение изученного материала осуществляется на предприятии реальной сферы экономики. Сделаны выводы о положительном опыте преподавания рассмотренных курсов компьютерно-графических дисциплин ведущих преподавателей кафедры, о развитии творческих способностей обучающихся, об активизации современных 3D-методов конструирования изделий машиностроения в результате практической деятельности слушателей, прошедших обучение по программе. Полученные знания IT-подготовки повышают конкурентоспособность выпускников ЮУрГУ на современном рынке труда, предостав-ляют им возможность развить компетенции, необходимые для успешного участия в цифровой трансформации промышленности и строительства.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ПЛАВАТЕЛЬНОГО БАССЕЙНА
В связи с популяризацией спорта и здорового образа жизни в России в последние годы повсеместно ведется строительство и реконструкция плавательных бассейнов. Причем, в отличие от других спортивных сооружений, к бассейнам предъявляются одни из самых строгих нормативных требований к поддержа-нию заданного микроклимата в помещениях с активным выделением влаги. Системы вентиляции данных объектов должны не только эффективно ассимилировать влаговыделения, препятствуя увлажнению, коррозии и разрушению ограждающих конструкций, но и быть одновременно энергоэффективными и экономически вы-годными. Поэтому в работе проведено исследование различных вариантов устройства систем вентиляции бассейна с площадью водной поверхности 400 м2 в составе спортивно-тренировочного центра в г. Челябинске с целью выявления наиболее рациональной по описанным критериям. Для сравнения рассмотрены следующие варианты приточно-вытяжных систем: вентиляция с рециркуляцией, вентиляция с дополнительным осушением, вентиляция с рециркуляцией и рекуперацией; приведено технико-экономическое сравнение работы этих сис-тем, определено годовое потребление теплоты, рассчитаны сроки окупаемости. В результате исследования для данного объекта по совокупности всех исследуемых критериев самой экономически эффективной признана традиционная система вентиляции с рециркуляцией. От остальных вариантов её отличают низкие капитальные вложения, средние эксплуатационные затраты и самый малый срок окупаемости.
Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫМИ ПРОЕКТАМИ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕГРАЦИИ 4D-МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ ДОПОЛНЕННОЙ И ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Интеграция технологий 4D-информационного моделирования объектов капитального строительства с методами дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальности открывает новые возможности для повышения эффективности управления строительными проектами. В статье анализируются преимущества применения интегрированных AR/VR и 4D-моделей на всех этапах жизненного цикла – от проектирования до ввода в эксплуатацию. Рассматриваются возможности визуализации для планирования работ, выявления коллизий, мониторинга строительства и координации взаимодействия участников. Обсуждаются практические примеры использования данного подхода ведущими строительными компаниями. Обосновываются перспективы дальнейшего развития интеграции 4D-BIM и AR/VR в качестве направления цифровой трансформации отрасли.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО БАЛЛАСТИРОВКЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ, СООРУЖАЕМЫХ В УСЛОВИЯХ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РФ
Рассмотрены основные методы прокладки и балластировки участков подводных переходов магистральных и промысловых трубопроводов, сооружаемых в условиях Арктической зоны РФ. Отмечено, что наиболее оптимальным способом балластировки подводного перехода является применение сплошного бетон-ного покрытия труб, наносимого в заводских условиях. В статье приводятся сведения об особенностях конструкции и технологии нанесения бетонного (балластного) покрытия на трубы, в том числе на трубы в теплогидроизоляции, применяемые при строительстве участков подводных переходов магистральных и промысловых трубопроводов в условиях Арктической зоны РФ. Описаны основные преимущества нанесения бетонного по-крытия методом закачки под давлением, к ключевым из которых относятся следующие: возможность использовать в качестве армирования фибру вместо арматурного каркаса, что позволяет изготавливать покрытия небольшой толщины (от 20 мм), а также исключение потери части балластного покрытия за счет наличия наружной защитной оболочки, что крайне важно при осуществлении многократных погрузочно-разгрузочных операций в рамках поставок на отдаленные участки строительства, расположенные в Арктической зоне РФ.
ПОКРАСКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ГРАНИТА МАНСУРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕТОДОМ ОБЪЕМНОЙ ПРОПИТКИ
Покраска облицовочных изделий из природного камня оказывает существенное влияние на показатель декоративности этих изделий. При этом лучшие показатели декоративности достигаются при объемной пропитке структуры камня клеевыми красящими составами. Предметом данного исследования является процесс покраски мансуровского гранита указанными составами. В ходе исследования были изготовлены окрашенные в разные цвета образцы гранита и изучено влияние технологических факторов на качество изделий из него. При этом было установлено, что окрашенные клеевой пропиткой поверхности камня устойчивы к воде, пролитым на них чаю, кофе, подсолнечному, трансформаторному и др. маслам. Основным результатом, полу-ченным в ходе данного исследования, является теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности покраски мансуровского гранита в различные цвета методом его объемной пропитки.
ГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ BIM-ТЕХНОЛОГИЙ
В современном строительстве ограждающих конструкций зданий и сооружений перспективным направлением является применение пустотелых бетонных камней. Они обладают заметными преимуществами по весу, расходу строительных материалов, модульности структуры, быстрого возведения при сохранении прочности и несущей способности. Однако, в отличие от зарубежных аналогов, российские строительные нормы и правила СП 333.1325800.2020 предъявляют дополнительные требования к ограждающим конструкциям по морозостойкости, водонепроницаемости, особому физико-химическому составу бетонной смеси с различными добавками и др. Это ведет к удорожанию проектов и продлению сроков строительства. В данной работе рассмотрены пути повышения эффективности графического моделирования и автоматизированного проектирования ограждающих строительных конструкций из пустотелых бетонных камней. Для этого использованы совре-менные технологии моделирования в строительстве Building Information Modeling (BIM) и широко известные программные системы, такие как AutoDesk Revit и AutoCAD. Процесс графического моделирования построен по модульному принципу, что позволяет повысить уровень автоматизации в масштабе предприятия, ускорить создание новых строительных проектов, улучшить их качество, а также помимо геометрической составляющей определить эффективный состав бетонной смеси и других материалов в каждом конкретном случае практической реализации. При этом большое значение имеет проверочный расчет принятых решений в автоматизированной системе. В данной работе приведен пример графической 3D-модели наружной стены и расчетного проектирования в автоматизированных системах Revit и AutoCAD. Результаты исследования полезны для дальнейшего развития BIM-методов и их практического применения в различных строительных организациях.
СБОРНО-МОНОЛИТНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ С ПЛИТАМИ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА ПРИ ДЕЙСТВИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ
Представлены результаты испытаний до разрушения стандартным нагружением распределенной нагрузкой двух натурных фрагментов сборно-монолитного перекрытия (СМП). Каждый фрагмент представлял собой ячейку СМП, включающую сборные плиты из автоклавного ячеистого бетона, установленные плотной группой и заключенные в замкнутую монолитную железобетонную раму. Фрагменты СМП концами плит оперты на сплошные линейные опоры, имитирующие несущие стены здания. По бокам фрагменты поясами окаймляющей рамы оперты на точечные опоры. Получены новые данные о характере работы СМП и распределении усилий и деформаций в его элементах под нагрузкой. Установлено, что группа плит в каждой ячейке СМП под нагрузкой работает как цельная пластина, свободно опертая по контуру на пояса окаймляющей рамы. Моменты, возникающие в этой пластине под нагрузкой вдоль плит, воспринимает их рабочая арматура, а момент поперек плит вызывает в плоскости перекрытия понизу поперечный распор. Благодаря плотным контактам торцов плит с поперечными поясами окаймляющей рамы кроме поперечного возникает и продольный распор. Действие поперечного и продольного реактивных распоров в значительной мере погашает усилия в сечениях плит от действия приложенной на СМП нагрузки, что подтверждено приведенными в работе результатами сопоставительных испытаний свободно опертых плит-близнецов. Опыты также показали, что эти распоры воспринимают пояса окаймляющей ячейку СМП рамы. Разрушение обоих фрагментов произошло от разрушения сечений по углам окаймляющей рамы с разрывом их продольной арматуры или достижения текучести. После этого произошла раздвижка сборных плит и разрушение их сечений.
ИНФОРМАЦИОННАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРУБОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С СОВМЕСТНЫМ ПРИМЕНЕНИЕМ СТЕРЖНЕВЫХ И ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ
В статье рассматривается проблематика компьютерного расчета строительных конструкций из композитных материалов, таких как сталежелезобетон и трубобетон. Подчеркивается сложность задачи, возникающая из-за необходимости учета совместной работы материалов с различными физико-химическими составами для назначения жесткостей элементов традиционных стержневых конечно-элементных моделей. В качестве основной цели статического расчета таких конструкций выделяется получение распределения напряжений в сечениях однородных элементов композитной конструкции. Предлагается методика расчета, следование которой позволяет минимизировать требования к производительности вычислительной техники, обеспечивая эффективное достижение поставленной цели. Это достигается посредством комбинирования стержневых конечно-элементных моделей и численных исследований отдельных ее элементов. Применение предложенного подхода демонстрируется на примере напряженно-деформированного состояния колонны высотного здания. Описанный подход позволяет упростить процесс проектирования и повысить его точность, предотвращая потенциальное истощение ресурсов вычислительной техники при работе с композитными конструкциями.
Copyright (c) 2024 Construction Engineering and Architecture
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КРИВОЙ, СОСТАВЛЕННОЙ ИЗ РАЦИОНАЛЬНЫХ КУБИЧЕСКИХ СЕГМЕНТОВ
Рациональный кубический сегмент описывается формулой, подобной формуле Безье, но, в отличие от кривой Безье, координаты вершин характеристической ломаной рационального кубического сегмента дополняются весовыми коэффициентами. В статье рассмотрены две задачи. Первая задача: построение составной G2-гладкой кривой, проходящей через заданные в трехмерном пространстве точки и касающейся в этих точках наперед заданных направляющих прямых. Гладкость G2 означает непрерывное изменение вектора кривизны вдоль конструируемой кривой (без скачков по модулю и направлению). Вторая задача: вставка кубического сегмента в разрыв между двумя фиксированными пространственными кубическими кривыми. Для решения поставленных задач разработаны конструктивные пошаговые графоаналитические алгоритмы. Отличительная особенность алгоритмов заключается в существенном использовании средств и методов трехмерной компьютерной графики. Первую задачу предлагается решать последовательно: к первому сегменту добавляем второй сегмент, обеспечивая в стыковой точке общую касательную и общий вектор кривизны соединяемых сегментов. Ко второму сегменту добавляем следующий сегмент, также добиваясь совпадения касательных и векторов кривизны в стыковой точке, и т. д. Для решения второй задачи следует найти характеристическую ломаную вставляемого сегмента, исходя из условия совпадения соприкасающихся плоскостей в стыковых точках. Весовые коэффициенты сегмента вычисляются с учетом требования G2 гладкости. Представленные в статье примеры решения задач 1 и 2 транспарентны и могут быть использованы в учебном процессе.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ ПОТЕРИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТЕРЖНЕЙ
В статье приводится математическая модель процесса деформирования коротких сталебетонных стержней и геометрический критерий потери несущей способности. Для исследования поведения сталебетонных элементов под действием кратковременной сжимающей нагрузки были изготовлены лабораторные образцы из стальных труб с бетонным сердечником. Приведены диаграммы продольного деформирования, построенные по экспериментальным данным, а также инженерная модель, позволяющая получить зависимость P – Δ для трубобетонных элементов при помощи масштабирования известной диаграммы для стальной трубы, оценен вклад бетонного сердечника в работу составного сечения. Предложена кусочно-заданная монотонно возрастающая функция, аналитически описывающая деформирование композитных стержней. Разработан гео-метрический критерий потери несущей способности при монотонно возрастающей кривой деформирования, позволяющий однозначно определить критическое значение продольной силы. Результат исследования может быть заложен в алгоритм работы программно-вычислительных комплексов, используемых при автоматизированном расчете и проектировании конструкций и конструктивных систем.
ОЦЕНКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ – НОВОЕ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В СФЕРЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
Цель работы: разработать и обосновать новый научный подход к оценке гидравлической эффективности эксплуатации сетей водоснабжения и водоотведения с внутренними отложениями. Методы исследований. В качестве метода оценки гидравлической эффективности эксплуатации трубопроводов используется гидравлический принцип оценки как новое научное направление по величине значений характеристик гидравлического потенциала труб, изменяющихся в зависимости от толщины слоя внутренних отложений в сравнении с новыми трубами. Результаты и обсуждение. Предложено новое научное направление в сфере эксплуатации сетей водоснабжения и водоотведения с внутренними отложениями – оценка гидравлической эффективности эксплуатации трубопроводов по значению величины расчетного коэффициента эффективности их эксплуатации, определяемого по специальным таблицам, позволяющим устанавливать период остаточной эксплуатации трубопроводов водоснабжения и водоотведения. Заключение. Разработаны в табличной форме значения величины коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопроводов водоснабжения и водоотведения с разной толщиной слоя отложений, по которым производится прогноз о продолжении дальнейшей эксплуатации либо необходимости проведения гидродинамической очистки сети от внутренних отложений.
КЛАССИФИКАЦИЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО СТЕПЕНИ МАССИВНОСТИ
В статье проведен анализ нормативной, технической и научной литературы на предмет имеющихся классификаций монолитных конструкций по степени массивности. Выявлено, что в основу большинства имеющихся классификаций положена такая характеристика массивности, как модуль поверхности. При этом все рассмотренные классификации не совпадают между собой по диапазонам значений модуля поверхности, а некоторые источники говорят о том, что при классификации помимо модуля поверхности необходимо учитывать и ряд других параметров. Более того, ни в одном источнике литературы не дано определение термина «массивность». Представлены доказательства того, что параметр массивности имеет природное происхождение и в естественных условиях гармонично меняется с изменением климатических условий. Показано, что гармония природы тесно связана с гармонией золотого сечения, вследствие чего в данной работе применена концепция золотого сечения при классификации конструкций по степени массивности. Результаты исследований показывают, что конструкции типа куб имеют три степени массивности (массивная, среднемассивная и немассивная), а конструкции типа колонны (балки) или плиты (стены) – только две (среднемассивная, немассивная). Каждой степени массивности того или иного типа конструкции определены свои диапазоны изменения модуля поверхности.
ОЦЕНКА СЕБЕСТОИМОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА В ГК «КОРТРОС» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛИТИКИ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Статья посвящена использованию данных цифровых информационных моделей в ГК «Кортрос» для оценки себестоимости строительства на этапах проектирования и подготовки к контрактации строительно-монтажных работ. В рамках исследования рассмотрен инструмент бизнес-аналитики – BI-платформа как метод определения стоимости строительства. А также произведена оценка точности полученных данных из цифровых информационных моделей на этапах «Архитектурно-градостроительная концепция», «Проект», «Тендерная и Рабочая документация». В результате исследования авторами сделаны выводы об использовании аналитики данных информационных моделей на ранних стадиях работы над инвестиционно-строительным проектом для прогнозирования стоимости строительства, а также о BI-платформах как инструментах ее определения.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ КАК ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АВТОДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ (ЧАСТЬ 2)
Представленное в статье исследование посвящено получению материала на основе золошлаковых отходов, который мог бы выполнить функцию теплоизолятора при строительстве автомобильных дорог в регионах, имеющих сложные инженерно-геологические условия и географически расположенных в районах распространения вечной мерзлоты, в том числе островной. Целью работы является создание материала, имеющего теплоизоляционные свойства на основе золошлаковых отходов теплоэнергетических станций. Исследование носит экспериментальный характер, основано на стендовом моделировании процесса тепловой передачи энергии через плоскую стенку. В ходе выполнения исследования получена смесь на основе золошлаковых от-ходов одной из тепловых электростанций юга Забайкальского края, которая позиционируется как оптимальный состав для создания материала, обладающего крайне низкой теплопроводностью, что, несомненно, будет иметь положительный эффект при практической реализации в качестве структурного элемента автомобильной дороги. Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы при реализации распоряжения Правительства РФ от 28 августа 2024 г. № 2330-р, которое вступает в силу с 1 января 2025 г.
ПРИМЕНЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ФOСФАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Разработано алюмофосфатное связующее на основе дисперсных отходов шамотного производства и ортофосфорной кислоты. На основе разработанного связующего получена клеевая композиция со сроком хранения не менее 1 года, а также жаростойкий газобетон с температурой применение 1500 °С и средней плотностью 600…800 кг/м3. Разработан жаростойкий фосфатный газобетон с применением алюмосиликатных отходов шамотного производства в качестве активной добавки в количестве 10 % от массы сухих компонентов. Показано, что введение добавки в газобетон повышает прочностные показатели при сохранении средней плотности на прежнем уровне в сравнении с бездобавочным газобетоном.
АНАЛИЗ ПРИЧИН ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
В настоящее время проблематика прогнозирования и поддержания геотехнического состояния объектов железнодорожной инфраструктуры, вызванная активностью деструктивных криогенных процессов в засоленных аллювиальных, морских и лагунно-морских отложений, является одним из ключевых аспектов повышения надежности и безопасной эксплуатации железнодорожной инфраструктуры. С целью предварительной оценки технического состояния земляного полотна и выявления проблемных мест по внешним признакам проводится постоянный мониторинг состояния земляного полотна железной дороги, а в локальных местах, наиболее подверженных деформациям и воздействию опасных геологических процессов, проводится инструментальное обследование с применением термокос и георадиолокационного оборудования. Полученные результаты инструментальных обследований применяются для оценки изменения геокриологических условий и состояния грунтов основания в зоне исследования, при этом составление численных моделей температурных режимов грунтов основания и земляного полотна по климатическим данным осуществляется в ПО «Борей 3D». По результатам исследования установлено, что наблюдается повышение температурного режима в период с 2015 по 2023 г. не только деятельного слоя объекта, но и зоны нулевых колебаний температур многолетне-мерзлых грунтов от 0,5 до 1,5 градуса. При оттаивании грунты основания сжимаются под весом земляного полотна железной дороги, тем самым формируя подтопляемые пониженные места вдоль подошвы насыпи. Вследствие подтопления откосных частей насыпи происходит водонасыщение грунтов тела земляного полотна, вызывая криогенные процессы в конструкции основания дороги. В большинстве случаев скопившаяся вода вдоль откосов дорог находится круглогодично в талом и мерзлом состоянии. Таким образом, возведение линейных железнодорожных насыпей на многолетнемерзлых грунтах Западно-Сибирской плиты является дорогостоящим экспериментом по причине того, что обоснованность сохранения грунтов основания и прилегающей территории в вечномѐрзлом состоянии весьма сомнительна.
Основания и фундаменты, подземные сооружения
ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНОВ НА ЦЕМЕНТЕ С ДОБАВКОЙ ИЗВЕСТНЯКА
В статье рассмотрено влияние разного количества известняка в цементе и дополнительно вводимых добавок микрокремнезема и поликарбоксилатного суперпластификатора, на формирование структуры цементного камня и бетона и их технические характеристики. Исследование проведено на основе анализа прочностных характеристик, пористости, модуля упругости бетонных образцов и фазового состава цементного камня в бетоне с различными сочетаниями добавок. Из полученных результатов следует, что использование цемента с 30 % известняка без добавок суперпластификатора или комплекса с микрокремнеземом не обеспечит уровень технических показателей бетона по сравнению с цементом, содержащим до 10 % известняка. Попытки компенсировать этот эффект с помощью высокоэффективных добавок, таких как суперпластификатор и микрокремнезем, способствуют только поддержке технических показателей на уровне цемента без известняка. Из этого следует, что цемент с содержанием известняка до 30 % может быть использован только для проведения внутренних работ или для получения отделочных составов.
ОСОБЕННОСТИ ОБТЕКАНИЯ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ ЗАМКНУТОЙ ФОРМЫ С АРКАМИ И РАЗРЫВАМИ
В этой статье изучены свойства распределения ветровых потоков в жилой застройке замкнутой формы двух вариантов: с арками и разрывами. Рассматривались варианты типовой застройки высотой в 16 этажей при двух преобладающих направлениях входящего ветрового потока. Выполнено численное моделирование динамики воздушных потоков в программном комплексе Ansys Discovery Live. Произведен анализ результатов – полей скоростей ветра внутри дворовой территории, взятых на высоте пешехода. Замкнутая застройка с точки зрения ветрового режима обуславливает наличие больших участков территории с пониженными скоростями ветра, поэтому наличие арочных проемов или разрывов существенно улучшает комфортность микроклимата двора. Процент комфортных по ветру территорий внутри двора выше в случае второго варианта компоновки блок-секций – с полноценными разрывами на всю высоту зданий. Определены рекомендации к взаимному размещению элементов планировки жилой застройки и выбору благоустройства дворовой территории.
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ АЭРОДИНАМИКИ ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ С ИНТЕГРИРОВАННЫМИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРАМИ
В статье рассматривается влияние изменения геометрии здания на вовлеченность ветрового потока в рабочую зону ветрогенераторов. Потоки воздушных масс являются одним из альтернативных источников энергии, а геометрия окружающих форм напрямую влияет на эффективность применения ветрогенераторов, интеграция которых в тело здания приобретает в последнее время большую популярность. В качестве метода исследования применялось численное моделирование здания в программном комплексе Ansys CFX. Была выведена геометрическая зависимость длины фасада от других параметров здания. Было рассмотрено шесть форм зданий, имеющих одинаковую площадь этажа в плане. Для более объективной оценки исследование проводилось при различных углах атаки ветрового потока. Для выбора оптимальной геометрической формы применялся коэффициент, показывающий изменение скорости потока внутри рабочей области ветрогенератора по отношению к первоначальной. По результатам было определено, что наиболее оптимальной является форма с небольшим уклоном фасада. Данная форма позволяет направлять воздушную массу в рабочую область ветрогенератора с достаточно высокой скоростью и практически при любом направлении ветра