Доклад технология и строительство

Содержание

Это строительные конструкции, которые предназначены для заливки бетоном. Они не требуют подгонки, имеют простые и надёжные крепления.

Короб дома строится из полимерных панелей, профили которых бывают 4х видов. Панели сделаны из поливинилхлорида с высокой ударной вязкостью, которые изготавливают экструзионным способом. Потом через специальные отверстия заливается быстротвердеющий бетон. Бетон — обеспечивает прочность и устойчивость здания.

Наружные стены имеют слой теплоизоляции, состоящей из стиропора. Так же в панелях предусмотрены готовые каналы для телефонных, электрических кабелей и труб.

При отделке фасада можно использовать :

1) кирпич или фасадный клинкер

2) «дикий камень» или фасадную плитку

3) структурные штукатурки

4) отделку под дерево или сайдинг

5) или другое по желанию заказчика

Внутренняя отделка стен предусмаривает:

1) отделку гипсо-картоновыми плитами

2) отделку штукатуркой или окраску

3) отделку керамической плиткой, обоями

Доклад «Применение технологии лазерного сканирования в проектировании и строительстве»

4) и другими традиционными материалами.

Монтаж окон и дверей достаточно прост. Существуют специальные оконные и дверные профили, которые монтируются до бетонирования. И поэтому после, достаточно просто установить двери и окна.

Межэтажные перекрытия сделаны из монолитного железобетона, штампованного по настилу и из легких холодногнутых металлических балок.

В зависимости от проекта и требований клиента перекрытия могут быть сделаны из:

1) монолитного железобетона

2) деревянных балок

В домах RBS можно применять любую кровельную конструкцию — стропильную или решёточную, из деревянных или стальных элементов. Отделывать кровлю можно:

1) натуральной черепицей

2) битумной или металлочерепицей

3) еврошифером, фальцем

4) или другим кровельным материалом

Данная технология позволяет строить не только жилые дома, но и:

1) спортивные объекты (крытые корты, бассейны, катки и др.)

2) торговые центры, офисы и магазины

3) складские комплексы и производственные помещения

4) медицинские учреждения, гостиницы, школы

5) заправочные станции и автомойки

6) а так же другие объекты строительства.

2. Монолитное строительство и проектирование монолитных зданий

В наше время монолитное строительство — наиболее перспективная и удобная техника возведения жилых зданий (в частности жилых высотных зданний). Основной принцип монолитного стоительства невероятно прост и понятен не только строителю, но и проектировщику и даже простому гражданину. Такой же принцип используетися во время заливки фундамента. Только тут «отливается все здание целиком». Это выглядит как цельный блок железобетона, невероятно прочного и долговечного.

Принцип сооружения монолитного здания

Основной принцип — возведение отдельных конструктивных элементов из бетонной смеси при использовании специализированной опалубки прямо на месте строительства.

Строительство домов по австрийской технологии Velox

Монолитное здание — что это?

Давайте разберемся, что такое монолитное здание (монолитный дом) и почему так много шума вокруг этих технологий. Поговорим о преимуществах и перспективах такого рода строительства.

В Украине, как и в других странах постосоветского пространства монолитное строительство фактически не развивалось ввиду относительно большой сложности и дороговизны. Строители и проектанты отдавали преимущество быстрому, пусть и не столь удобному, строительству с помощью панелей. Это позволяет строить быстро, много с минимумом телодвижений.

Прошло немного времени пришли иные стандарты: нужно было строить качественно, предоставить жильцам менять планировку квартир и просто позволить жить в красивом здании, а не в квадратной серой коробке. Да и теперь для постройке не нужна была большая строительная площадка. Все это можно реализовать в постройке только монолитного здания.

Преимущества монолитных зданий

Грамотное проектирование монолитного здания позволит добавить еще одно преимущество — хорошую звукоизоляцию. Ведь в стенах пустот нет, как в кирпичных или панельных. Звуку попросту некуда распространятся. К тому же есть еще один плюс — вся электропроводка планируется изначально, потому исключаются ее повреждения.

Особое свойство монолитного здания — прочность и жесткость конструкции. Тут попросту исключены трещины, стыки меж плитами. Дом всей своей конструкцией перераспределяет нагрузки на фундамент, чем нивелирует проблемы с осадкой здания. Слабых сторон нет!

Порой говорят, что монолитные здания вредны, т.к. «не дышат». Да, с деревянными домами ничто не сравнится, но монолитные здания по сути сделаны из бетона. Из того же бетона, что и панельные. Но сейчас используются современные технологии, где вредных веществ куда меньше, чем в зданиях 10-15 летней давности. Так что боятся нечего.

Монолитное жилое здание не имеет никаких швов, что позитивно сказывается на звуконепроницаемости и теплосбережении в холодную пору года. Грамотное использование теплоутеплителей помогает экономить на энергозатратах жильцов. Монолитка позволяет снизить массу и объемы используемых конструкций и в результате они на 25% легче кирпичных строений. Меньше нужно материалов — меньше нужно за них платить. Выгода на лицо!

Несравнимое преимущество монолитного здания — его строительство начинается и заканчивается на строительной площадке. Не нужны массивные краны, тяжелая техника.

Процесс проектирования и возведения монолитного здания

1. Процесс создания здания состоит из нескольких таких необходимых этапов

2. Согласования с заказчиком всех деталей

3. Архитектурное проектирование монолитного здания (чаще высотного жилого здания)

5. Подготовка и доставка бетона необходимой марки (марки 200 и 400)

6. Подготовка специализированной опалубки

7. Укладка бетона в формы опалубки

8. Проведение отделочных работ

Уборка территории и торжественное разрезание ленточки в день открытия нового и совершенного жилого здания.

Наша архитектурная компания проектирует высотное монолитное здание и вводим его в эксплуатацию даже если застройка точечная (нет подъездных путей). Строительство и его техника это позволяет.

Можно подытожить: проектирование здания и монолитное строительство ведется по четко отработанной схеме, возведение зданий осуществляется в очень короткие сроки без ущерба качеству.

Следует отметит, что качественно выполненная работа при монолитном строительстве позволяет ускорить «сушку» здания. Фактически сразу после завершения строительства — стены и потолки готовы к финишной отделке и непосредственному заселению новых жителей.

В итоге можно сказать, что благодаря своим уникальным особенностям монолитные дома наиболее устойчивы к агрессивной внешней среде, к воздействию техногенных неблагоприятных факторов. Они менее подвержены землетрясениям, хоть у нас в Украине сейсмоактивных регионов фактически нет.

Монолитные здания, безусловно, более долговечны. Срок службы панельных домов как правило не превышает 50 лет. Наши, монолитные здания прослужат более 200 лет. И это не предел.

3. Каркасные дома (канадская технология строительства деревянных домов)

На протяжении многих веков дерево было и остается основным строительным материалом, самым эффективным и наиболее удобным в строительстве. В России и Скандинавии деревянные дома строились в основном по принципу сруба.

Однако в XX веке перед человечеством возникла, и все более обостряется проблема экономии топлива на обогрев дома в зимний период, особенно в холодных регионах, к которым относятся северные регионы Украины. Срубы из бруса или из бревен не удовлетворяют современным требованиям по энергосбережению.

В настоящее время в Европе и в Украине приняты очень жесткие нормы по теплозащите зданий, которые можно обеспечить только благодаря эффективным теплоизоляционным материалам. Для соблюдения заданных требований по теплосопротивлению (для условий северного Украинского региона) наружная стена должна иметь толщину: при строительстве из бруса — 20 см, из кирпича — 50 см, а из деревянного каркаса — всего 15 см.

Обычно, эту технологию строительства домов называют канадской. Первые дома, построенные в Украине по каркасной технологии, пришли к нам из Канады. В начале 90 годов возник еще один термин, частично описывающий данную технологию — сэндвич — панельные дома.

Дом, в наибольшей степени отвечающий современным требованиям и представлениям об энергосбережении, комфорте, экологии и огнезащите, должен строиться по деревянно-каркасной технологии с эффективным утеплителем. Эта конструкция также является лучшей по соотношению «цена-качество». Сегодня 80% населения США, Канады, Норвегии, Швеции, Финляндии строят именно такие дома.

Основу каркасного дома составляет деревянный каркас из размерных или, в остающихся видимых частях, строганных пиломатериалов. Для увеличения пролетов помещений могут также использоваться клееные балки. Для теплоизоляции, как правило, используются минеральная вата из стекла (Ursa, Isover) или из каменных пород (Rockwool).

150мм слой теплоизоляции (при норме 125 мм) полностью обеспечивает круглогодичное комфортное проживание. В качестве ветровой защиты используются обрезная доска толщиной 25 мм, древесноволокнистые или древесностружечные плиты. Внутренняя и наружная отделка зависит от пожеланий Заказчика.

В настоящее время каркасная технология является одной из наиболее перспективных технологий строительства загородных домов. Данная технология широко используется в Канаде, Скандинавии, Германии и других Европейских странах и приобретает всё большую популярность в Украине. Использование данной технологии позволяет возводить как большие коттеджи, так и недорогие загородные дома, превосходящие кирпичные дома по качественным характеристикам и не уступающие им по внешнему виду.

К преимуществам каркасных домов можно отнести следующее:

Отсутствие усадки позволяет производить внутреннюю отделку дома сразу после строительства. Каркасный дом можно спокойно оставлять без отопления в зимний период и не бояться за состояние внутренней отделки: она не пострадает.

В зависимости от назначения и территориального расположения дома индивидуально рассчитывается толщина стенки и система утепления, которая обеспечивает сохранность тепла, а значит снижение эксплуатационных расходов на обогрев помещений.

Унифицированные типоразмеры несущих элементов каркаса позволяют выбрать любой вид отделки как снаружи, так и внутри. Благодаря этому каркасные дома могут быть как «деревянными», так и «кирпичными» и один и тот же дом, построенный для разных Заказчиков, будет выглядеть абсолютно по-разному. Всё зависит только от возможностей и пожеланий клиента.

Конструктивные особенности не накладывают никаких ограничений на дизайн дома, поэтому любой понравившийся Вам дом можно изготовить по каркасной технологии.

Более низкая цена по сравнению с домами с аналогичными теплотехническими характеристиками достигается благодаря использованию современных теплоизоляционных материалов.

Легкость конструкции значительно снижает нагрузку на грунты, что позволяет применять более экономичные типы фундамента и экономить средства без ущерба качеству конструкции.

Долговечность конструкции достигается за счет обработки и скрытого размещения каркаса

Основа дома — каркас из сухого дерева — собирается по принципу сотовой структуры и представляет собой очень жесткое и прочное сооружение. Каркас стен снаружи обшивается негорючими цементно-стружечными плитами, внутри стена заполняется огнестойкой базальтовой ватой (минплита). С внутренней стороны предусмотрены; пароизоляция, предотвращающая увлажнение утеплителя и деревянного каркаса испарениями изнутри дома, а также отражающая изоляция, возвращающая до 90% излучаемого тепла обратно в дом. Снаружи стены покрываются ветрозащитной мембраной. Такая схема обеспечивает сохранность деревянного каркаса и утеплителя в рабочем состоянии на весь срок эксплуатации дома.

Отделка дома возможна любая (на усмотрение хозяина). Наружная — фасадная штукатурка, окраска, сайдинг, плитка и другие. Внутренняя — деревянная обшивка, гипсокартон, панели, плитка, обои, окраска. Технология дает идеальные поверхности для высококлассной отделки помещений. Каркасные стены не подвержены усадке и могут быть отделаны сразу после установки.

В связи с тем, что каркасный дом в 5-6 раз легче кирпичного, ему не требуется массивный фундамент, что в значительной степени сокращает его стоимость. Он может возводиться даже на фундаменте незаглубленного типа с применением современных утеплителей, предотвращающих промерзание пучинистых грунтов под ним.

Все внутренние коммуникации (водопровод, канализация электрика, отопление, вентиляция) прокладываются в стенах. Кроме того, для данной конструкции дома разработана и широко применяется эффективная воздушная система отопления-вентиляции-кондиционирования, позволяющая легко регулировать микроклимат в каждом помещении дома — зимой нагревать, летом охлаждать, а также очищать поступающий воздух. Такая комплексная система создает комфортные и здоровые условия проживания.

Деревянно-каркасная технология строительства индивидуальных жилых домов является оптимальной для широкого диапазона климатических и геологических условий. Дом, построенный по данной технологии, не только обеспечивает тепловой комфорт в помещениях, снижает в несколько раз затраты на отопление, но и обеспечивает благоприятную экологическую обстановку.

4. Технология Тисэ

Технология Тисэ принципиально отличается от других аналогов тем, что распалубка осуществляется сразу после уплотнения. «Один блок формуется за 5 — 10 минут». Вторая особенность характерна для работы с передвижной опалубкой. Стеновой блок формуется непосредственно в стене без подстилающего раствора. Формование блоков можно выполнять и вне кладки, на любом ровном месте.

Через день-два их уже можно укладывать в стену на подстилающий раствор, но это менее целесообразно. По ходу кладки — отливки стены, пустоты следует заполнять гидрофобным теплоизолятором.

Тисэ и традиционная кладка.

В итоге получается стена, близкая по свойствам стене, сложенной из керамзитобетонных или пенобетонных блоков. Сравним цену материалов и трудозатраты на сооружение стен по технологии Тисэ и из готовых блоков.

Для кладки 1 м3 стены Тисэ потребуется 0,6 м3 богатого густого раствора (пустоты в блоке составляют 45%, раствор — 55%+ раствор на заполнение вертикальных швов) и 0,4 м3 утеплителя; для стены из блоков потребуется 0,9 м3 собственно блоков и 0,1 м3 бедного раствора. Блоки стоят 40 у.е./куб, утеплитель — от 30 у.е./куб, раствор придется готовить на площадке.

Компоненты богатого (1:3:0,5) раствора стоят 20 у.е. (цемент) + 10 у.е. (песок)/куб раствора, бедный раствор обойдется в 20 у.е./куб… Итого материалы для кладки 1 м3 стены Тисэ стоят 0,6х30+0,4х30=30 у.е.; для стены из блоков — 0,9х40+0,1х20=38 у.е. Трудоемкость сооружения стены Тисэ заметно выше, чем кладки из блоков: в последнем случае приходится готовить значительно меньше раствора, не надо ничего уплотнять и соблюдать особую осторожность, как при снятии опалубки Тисэ со свеже сформированных блоков.

По заверениям разработчиков, формирование одного блока занимает до 10 мин., добавим пару минут на перемещение и установку по уровню или шнурке опалубки и получим: «каменщик», формирующий блоки с подсобником, готовящим и подающим раствор, за час могут изготовить до 5 блоков, за 10-ти часовой рабочий день — 50. При ширине стены 25 см. это составит 50х0,5х0,25х0,15=0,94 м3 кладки.

Три человека за один день могут положить от 4 м3 кладки из пенобетонных блоков. В деньгах трудозатраты на 1 м3 стены Тисэ составят не менее 40 у.е. (дневная зарплата двух рабочих). Трудозатраты на 1 м3 стены из блоков можно оценить в 60/4=15 у.е. В итоге получается 70 у.е. за 1 м3 стены Тисэ и 55 у.е. за 1 м3 стены из блоков.

К стоимости цены стены Тисэ надо добавит еще цену набора инструментов Тисэ. Эта добавка существенно зависит от объемов работ. Если объем всех стен 10 м3, добавка на 1 куб составит 10 у.е., при объеме всех стен 100 м3 — 1 у.е./1 куб. Особенно велики затраты труда на ручное изготовление раствора — 20 у.е./куб.

Их можно существенно снизить, если приобрести бетономешалку, однако ее минимальная цена — 300 у.е., тоже добавится к общей стоимости стен. Но даже при объеме всех стен более 100 м3 затраты на 1куб. будут >55 у.е., и работа по технологии Тисэ станется дороже традиционной кладки. При существенно меньших объемах работы класть стены из облегченных блоков на много дешевле.

Сюрпризы технологии Тисэ.

Кроме высокой трудоемкости исполнения и стоимости оборудования, в технологии Тисэ заложены и другие сюрпризы для неопытного, «народного», как выражаются разработчики Тисэ, строителя.

1. «Песок используется крупный или средний, непросеянный» утверждают разработчики, но не предупреждают, что в непросеянном песке могут оказаться комочки глины или других примесей. Поскольку стенки блоков тонки (4 см), присутствие примесей недопустимо.

2. «В день можно выложить один слой блоков, а за три недели с одной опалубкой возводится этаж среднего дома.» В день с одной опалубкой можно выложить 50 блоков — 25 метров кладки в длину. Дом размером 9х9 м с одной внутренней капитальной стеной имеет длину стен 45 м. Таким образом, чтобы выложить за один день один ряд понадобится 2 опалубки и 2 «каменщика». К тому же, минимальный объем промышленных бетономешалок — 200 л, этого количества раствора хватит для формирования 20 блоков. Имея одну опалубку, такое количество блоков можно сделать за 4 часа. Густой раствор столько не живет, он через 2 ч затвердеет и станет непригоден для работы. Используя одновременно 2 опалубки, можно уложится в 2 ч.

3. Присмотревшись к рисунку, можно заметить, что блоки Тисэ лежат в стене с перевязкой в? блока. И формировать на стене блоки можно только двумя способами: точно друг над другом или со сдвигом на ?, иначе поперечные стенки очередного блока окажутся над пустотой, и сформировать их будет невозможно.

Как можно, при таких строгостях, выложить стену, длина которой не кратна длине блока (51 см)? Как оформить в произвольном месте установку дверей и окон, примыкание капитальных стен? Уверен, что разработчики Тисэ знают ответы на эти вопросы, однако на своем сайте они их не дают. Боюсь, что практическое решение этих вопросов доставляет строителям не мало сложностей.

4. Кладка стен из блоков Тисэ, отлитых на площадке, — довольно сложная процедура, так как раствор в горизонтальных швах придется класть на узкие (4 см) стенки блоков. Собрать раствор, который провалится при этом в пустоты блоков, будет практически невозможно. Излишки раствора внутри блоков ухудшат их теплоизоляционные качества, затруднят заполнение блоков теплоизоляцией или бетоном с арматурой.

Работа по технологии Тисэ снижает скорость сооружения стен. В сутки можно положить не более 1-го ряда блоков — 15 см. В дождь работа невозможна: свежеположенные блоки нуждаются в защите от воды. Таким образом, по технологии Тисэ на кладку одного этажа дома уйдет три недели даже при использовании нескольких опалубок. Из готовых легкобетонных блоков один этаж можно сложить за 5 — 7 дней.

Кроме того, применение Тисэ приводит (в сравнении с классической кладкой стен из легкобетонных блоков) к снижению затрат на стройматериалы и к значительному увеличению затрат труда, в первую очередь на приготовление раствора, и к увеличению сроков строительства. Снизить затраты труда и времени можно только при одновременном использовании нескольких комплектов Тисэ и бетономешалки. Это целесообразно только при больших объемах работ (от 100 м3) кладки и чрезвычайно дешевой рабочей силе.

5. Технология Hebel (Хебель), блоки хебель

Газобетон (или автоклавный ячеистый бетон) состоит из кварцевого песка, цемента, негашеной извести и воды. Газобетон изготавливается в промышленных условиях при помощи автоклавов, в которых поддерживаются определенные давление и температура. При смешивании в автоклаве всех компонентов с газообразователем — алюминиевой пудрой – происходит выделение водорода.

Газ (водород), который возникает вследствие так называемого процесса вспучивания/расширения (этот процесс аналогичен процессу, который применяется для приготовления дрожжевого теста), увеличивает в 5 раз объем сырой смеси. Миллионы мельчайших воздушных ячеек, которые возникают в результате этого процесса, придают бетону характерную ячеистую структуру. Отсюда и происходит его название.

Блоки Хебель Hebel применяются для возведения наружних несущих стен малоэтажных домов с перекрытиями из железобетонных пустотных плит (до 3-х этажей), а также самонесущих стен и перегородок в монолитнно-каркасных сооружениях. Этот материал производятся на оборудовании и по технологии фирмы «Хебель» (Hebel), Германия, отвечает требованиям европейских стандартов.

Прочность. При относительно небольшом объемном весе (400-500 кг/м3) блоки Хебель Hebel обладают достаточно высокой прочностью (до 40 кгс/см2). Это позволяет при малоэтажном строительстве отказаться от каркаса и, более того, перекрывать стены обычными железобетонными (пустотными) плитами. Блоки из газобетона имеют допуски на размеры +/- 1,5 мм.

Теплоизоляция. Однослойная стена из ячеистобетонных блоков Hebel плотностью 400 — 500 кг/м3 при толщине в 40 см имеет величину сопротивления теплопередачи равную 2,70 — 3,50 м2 оС/Вт и укладывается в норму. СНИП говорит, что приведенное сопротивление теплопередаче должно для Москвы и Подмосковья составлять 3,15.

Умножив теплосопротивление (3,15) на теплопроводность материала Вы можете получить и толщину стены, какой она должна быть, чтобы удовлетворять требованиям современного СНИПа. Теплопроводность современного ячеистого бетона равняется 0,12. Перемножив величины, получаем, что достаточной толщиной стены будет 37,8 см. Поэтому толщина стены в 400 мм не требует дополнительного утепления и является традиционной для московского региона.

Звукоизоляция. Благодаря структуре с открытыми порами, блоки Хебель Hebel являются эффективным звукопоглотительным материалом. По результатам испытаний стена из блока Hebel Хебель марки 500 толщиной 200 мм, оштукатуренная с двух сторон, имеет звукоизоляцию 55 Дб, что соответствует современным требованиям для межквартирных стен.

Не возгорается и огнестоек. Ячеистый бетон относится к негорючим строительным материалам. По ДИН 4102 он относится к несгораемому строительному материалу класса А1. Ячеистый бетон может использоваться для утепления строительных конструкций и теплоизоляции оборудования при температуре изолирующей поверхности до +4000 С. Многочисленные исследования проведенные в Швеции, Финляндии и Германии показали, что при повышении температуры до +4000С прочность ячеистого бетона увеличивается на 85%. Предел огнестойкости плит перекрытия и покрытия, согласно ГОСТ 30247.0-94, составляет 70 минут, т.е. соответствует REI 60.

Экология. Производство ячеистого бетона не требует больших затрат энергии, т.к. бетон затвердевает под воздействием пара при температуре всего лишь 1800С. Вторичное применение отработавшего пара и вторичная переработка обеспечивают возврат энергии и воды в производственном кругообороте. Отходы производства могут быть применены вторично или их превращают в гранулят, что является большим вкладом в дело охраны окружающей среды.

Технологичность. Большим преимуществом блоков Хебель является широкая номенклатура размеров. Блоки изготавливаются толщиной от 50 мм до 500 мм, что удовлетворяет потребности любых потребителей и позволяет возводить стены без использования дополнительных утеплителей. Это значительно упрощает монтаж и существенно удешевляет конструкцию.

Экономичность. Стена из ячеистого бетона по стоимости в 2-3 раза ниже, чем стена из кирпича, а по качеству значительно выше. Экономично используются транспортные мощности. Применение грузоподъемных механизмов минимально. Точные размеры и ровная поверхность блоков дает значительную экономию отделочных материалов.

6. Технология Изодом

ИСТОРИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

Каждый, кто решился на одно из самых главных дел в своей жизни — построить собственный дом (дачный или для постоянного проживания), первым делом задумывается о том, из какого материала будут возведены несущие стены — основа комфорта, надежности и долговечности будущего жилища. Ведь хочется построить Дом с большой буквы — долговечный и красивый, в котором было бы уютно и тепло, в который хочется возвращаться всегда — и зимним морозным, и жарким летним вечером; Дом, которому будут завидовать соседи и которым будут восхищаться друзья; Дом, который даже через 100 лет будет прочным, уютным, современным и обеспечит нам, нашим детям и внукам комфортную жизнь при минимальных затратах на его эксплуатацию. Таким требованиям полностью отвечает дом, построенный по технологии «ИЗОДОМ».

В основу технологии «ИЗОДОМ» положено возведение несущих стен из монолитного железобетона с помощью неснимаемой опалубки из специального строительного пенополистирола. По главным параметрам, таким как теплозащита, звукоизоляция, комфортность, простота и скорость строительства, прочность и долговечность, технология «ИЗОДОМ» относится к высоким технологиям в области строительства. Система не является экспериментальной. При ее реализации применяются материалы, конструктивные и технологические решения, прошедшие многолетнюю и тщательную проверку.

Пенополистирол был открыт в 1951 г. в Германии и сразу же стал применяться в качестве теплоизолятора для обшивки наружных стен строений. Чуть позже была разработана и соответствующая ему система покрытий — полимерная «штукатурка». В конце пятидесятых стало возможным на основе накопившегося опыта и теоретических расчетов предложить с полным правом этот материал широкой публике, занимающейся строительством. В начале шестидесятых годов одному австрийскому инженеру пришла мысль заменить способ возведения стен с последующей оклейкой их пенополистирольными плитами на изготовление опалубки из пенополистирола в виде блоков, затем сборки их на месте и заливки в них бетона. Результат получается тот же, но трудозатраты существенно ниже, а, следовательно, экономически это более выгодно.

С тех пор пенополистирольные блоки постоянно модернизировались и сегодня представляют собой прочные и удобные конструкции, с помощью которых можно возвести здание практически любой архитектуры. Такие технологии применяются в странах Западной Европы, Австралии, Канаде и США.

Элементы неснимаемой опалубки «ИЗОДОМ», выполненные из твердого самозатухающего пенополистирола в форме пустотелых блоков, армированные и заполненные бетоном, представляют собой универсальную систему для возведения стен объектов любого типа. Специальная конструкция замков предотвращает вытекание бетона и позволяет быстро и точно соединять блоки, подобно сборке кубиков в популярной детской игре «ЛЕГО».

Такая конструкция позволяет достичь оптимального сочетания физических, механических, тепло и звукотехнических характеристик строения. Полутораметровые блоки практически невесомы и их легко поднимает ребенок. В ходе одной технологической операции сооружается монолитная бетонная стена, обрамленная с внутренней и наружной сторон тепло- и звукоизоляционной оболочкой из пенополистирола. Вы сразу получаете теплый дом за удивительно короткий срок. Темпы возведения стен таковы, что два человека за трое суток могут возвести дом полезной площадью до 100 квадратных метров!

Чтобы лучше понять преимущества системы «ИЗОДОМ», обратимся к следующим примерам. Несущая стена может быть изолирована с одной стороны, с двух сторон или не изолирована вовсе. Если стена выполнена без дополнительных покрытий, то материал стены должен отвечать всем предъявляемым к ней требованиям с точки зрения несущей способности, звуко- и теплоизоляции.

Для того, чтобы стена хорошо сохраняла тепло и не пропускала звук, она должна быть пористой. Но при этом будут страдать ее статические свойства, т.е. стена не выдержит больших нагрузок. Для того чтобы повысить прочность стены, нужно уменьшить количество пор, что ведет к потере теплозащитных свойств. Для того же, чтобы сохранить и то и другое, можно увеличивать толщину стен.

Но это ведет к нерациональному расходу материалов. Если стена покрыта одним слоем изоляции, например, из пенополистирола, то уже в этом случае она будет обладать прекрасными статическими, тепло-, звукоизоляционными свойствами. А если несущая стена утеплена с двух сторон, мы получаем уникальный по своим характеристикам «сэндвич».

Теперь мы подошли к сути теплосберегающей технологии «ИЗОДОМ». Слой пенополистирола толщиной 5 см имеет такую же теплопроводность, как и бетонная стена толщиной 2,5 м. Кроме того, двойная изоляция обеспечивает минимальные температурные колебания несущей стены. Поэтому все элементы здания будут надежно защищены от температурных расширений и как следствие — от возникновения трещин. Кроме того, стена, построенная по технологии «ИЗОДОМ», очень быстро реагирует на изменение температуры внутри комнаты в отличие от стен с однослойной изоляцией или вообще без изоляции, у которых значительная часть тепла расходуется на отопление окружающей среды. Когда эти стены остывают при резкой смене температуры, то для того чтобы нагреть воздух в помещении, необходимо сначала долго прогревать стены.

ПАРАМЕТРЫ СТЕН «ИЗОДОМ»

Толщина стены — 25 см из них: 10 см — пенополистирол, 15 см — бетон (в сериях ЗОМСО и 35МСО стена -30 и 35 см из них: 15 и 20 см пенополистирол и 15 см бетон соответственно). Толщина бетона в сериях МСР зависит от размера съемных перемычек (по желанию заказчика перемычки изготавливаются любого размера).

Вес стен без отделки внешней и внутренней — 280-300 кг/м2.

Расход бетона — около 125 л/м2 стены.

Коэффициент теплопроводности блоков: Ло = 0,036 Вт/м.К для зоны А и Л0 = 0,044 Вт/м.К для зоны В

Предел огнестойкости стены -1 степень.

Паропроницаемость — 0,032 мгДм.ч.Па.

Водопоглощение за 24 часа, % по объему — 0,1.

Акустическая изоляция — 46 дБ.

Допуск для объектов высотой до 25 м.

Возможно применение в сейсмически опасных районах.

В строительной системе «ИЗОДОМ-2000» используется специальный строительный пенополистирол (импортного производства). Плотность пенополистирола в строительных элементах составляет от 25 до 27 кг/м3. Пенополистирол является экологически чистым материалом (97% воздух и 3% материал) и используется даже для упаковки пищевых продуктов.

Пенополистирол практически не впитывает влагу (влаго-поглощениеО,1%) и интенсивно пропускает водяные пары (Паропроницаемость — 0,032мг/ м.ч.Па), содержащиеся в воздухе. Низкие температуры не оказывают никакого влияния на химические и физические свойства пенополистирола. При положительных температурах до 90°С пенополистирол не изменяет своих параметров даже при длительном воздействии. Высокая плотность пенополистирола, а также специальная конструкция соединительных замков блоков строительной системы «ИЗОДОМ-2000», исключает нарушение теплопроводности блоков, как на стадии монтажа, так и в процессе эксплуатации здания. Атмосферному влиянию внешние стены из пенополистирольных блоков практически не подвержены.

Пенополистирол является материалом самозатухающим. В случае пожара он не распространяет огонь и не выделяет токсичных химических соединений. Кроме того, бетонная конструкция, обеспечивающая несущую способность стены «ИЗОДОМ» является негорючим материалом.

Если пенополистирол подвергается кратковременному воздействию пламени, он оплавляется вокруг источника огня, но не возгорается и, соответственно, огонь не распространяет. Тем не менее, он может возгореться при длительном воздействии пламени, скорость и продвижение огня по его поверхности очень слабые. Если удалить внешнее пламя, то горение пенополистирола немедленно прекращается и не наблюдается послесвечения. Пенополистирол совершенно не горит, если нет непосредственного воздействия другого, более горючего материала, как то древесина, шерсть, бумага и т.д. Если пенополистирол хранился долгое время, то его горючесть и скорость распространения огня понижается до такой степени, что блоки, полученные из него, ведут себя с огнем наилучшим образом для трудногорючих материалов.

В отличие от других строительных материалов, пенополистирол не радиоактивен. Пенополистирол не содержит веществ, питающих микроорганизмы. По многолетнему опыту строительства зданий по этой технологии в Европе, пенополистирол не подвержен деструктивному воздействию грызунов, плесени, грибков и бактерий.

Монтаж несущих стен по технологии «ИЗОДОМ 2000» не вызывает затруднений и доступен даже непрофессионалу. Укладку пенополистирольных блоков начинают на тщательно выровненном по горизонтали фундаменте с обустройства гидроизоляции. Изолирующий слой можно выполнить из двухслойного рубероида на мастике или полиэтиленовой пленке. Первый ряд пенополистирольных блоков укладывают непосредственно на слой гидроизоляции по всему периметру будущего здания, пропуская через полости блоков скрепленную с фундаментом вертикальную арматуру. Затем, в соответствии с проектом дома, в пазы блоков закладывают прутки горизонтальной арматуры.

Во время кладки первого ряда формируется архитектура целого этажа, поэтому важно сразу оформить в нужных местах откосы дверных проемов и отводы внутренних стен. Второй слой блоков должен перекрывать вертикальные швы первого слоя по принципу кирпичной кладки со смещением, кратным 250 мм (для серии 25МСО), что позволяет жестко фиксировать форму строения. Соединение блоков из пенополистирола осуществляется легким нажимом на их кромки, чтобы замки, которые находятся в верхней и нижней части кромок замкнулись плотно без зазоров. Третий ряд — контрольный для выравнивания слоев блоков по вертикальным швам кладки.

После сверки с проектом размеров стен и их осевой точности, следует заглушить с помощью элементов ОВ и ОН все боковые отверстия в блоках, образовавшиеся в местах их соединения на угловых стенах и в проемах дверей и окон. Очень важно также установить в этом ряду временные, стягивающие перемычки из блоков МП для фиксации размеров проемов. Кроме того, перемычку проема необходимо защитить от проседания и возможного разрушения под весом жидкого бетона с помощью вертикальных подпорок, которые удаляются после застывания бетона.

Струю бетона сначала надо направлять на углы постройки, разветвления стены, откосы и края отверстий, а уже потом на среднюю часть полости стены. Уплотнение бетона осуществляется штыкованием.

При укладке свежего бетона более чем через 6 часов после закладки предыдущего необходимо очистить поверхность затвердевшего бетона от стекловидного цементного молочка и увлажнить ее. Для лучшего сцепления слоев поверхность уложенного бетона не нужно разглаживать.

Для оформления стыков внешних и внутренних несущих стен, а также углов постройки необходимо вырезать фрагменты в боковых стенках одних блоков МСО и в торцевой части других так, чтобы в образовавшиеся проемы можно было пропустить арматуру, а бетонная масса в разветвлении или на углах образовала бы прочное соединение.

Арочные проемы складываются из блоков «на сухо». Затем вырезается контур желаемой арки, нижняя ее часть опоясывается металлическими листами или другим материалом, выполняющим роль съемной опалубки арочного проема. Армирование и бетонирование арочных перемычек осуществляется так же, как и плоских перемычек окон и дверей. При необходимости нижняя часть арки может быть утеплена листовым пенополистиролом.

После выполнения описанных выше операций можно приступать к заполнению пустот блоков бетоном. При индивидуальном строительстве лучше осуществлять бетонирование по два — три ряда, бетоном или бетонной массой, приготовленной непосредственно на стройплощадке. Марка бетона должна соответствовать проекту.

В процессе бетонирования каждых двух рядов верхний край стены должен состоять из ряда не заполняемых в этом цикле блоков, которые выполняют роль стяжки. Дополнительно верхнюю кромку этого ряда блоков следует защитить корректорами МН, чтобы в замки не попала бетонная масса. Эти корректоры можно использовать многократно.

После первых двух рядов блоков укладываются и бетонируются следующие ряды и т.д., по спирали растут стены нового дома. При строительстве многоэтажного дома полости блоков удобно заполнять при помощи бетононасоса, регулируя расход бетона так, чтобы не превышать объем 10-15 м3/час (если консистенция массы пластична!).

Технология «ИЗОДОМ» позволяет использовать различные варианты перекрытий. Перекрытия могут быть деревянными, из монолитного или сборного железобетона. Выбор вида перекрытия определяется проектом здания.

Если в проекте строения отсутствует несущее перекрытие, завершение строения можно оформить с помощью блоков, используемых для монтажа проемов, вырезав отверстия в их дне с тем, чтобы монолитно соединить с расположенной ниже стеной. Другим часто используемым вариантом перекрытия может служить перекрытие из монолитного железобетона, выполненное по листу профнастила. Этот вид перекрытия просто монтируется на стройплощадке без применения сложной строительной техники и может быть легко приспособлен к требованиям проекта по прочности, тепло- и звукоизоляции путем дополнительного армирования и укладки слоев утеплителя. Выбор типа и формы крыши и ее покрытия зависит от проекта строения.

Технология «ИЗОДОМ» допускает применение разнообразных конструкций крыши практически без ограничений.

Технология «ИЗОДОМ» допускает различные варианты внешней и внутренней отделки: это и фасадные панели, и полимерные штукатурки, и сайдинг из винила или металла, и самые обычные облицовочные материалы, такие как штукатурка, кирпич, плитка, камень. При этом никакой дополнительной подготовки стены не требуется — поверхность пенополистирола идеально ровная. Подведение коммуникаций решается так же просто: в пористом материале легко сделать канавки под всю необходимую проводку и системы снабжения.

Источник: ronl.org

Реферат по информатике на тему «Современные программные комплексы и основы BIM технологии в строительстве»

ВВЕДЕНИЕ Информационные технологии играют важную роль в жизни современного общества. Научно-технический прогресс не оставил без внимания и одну из отраслей жизнедеятельности человека. Строительная сфера также не осталась в стороне. Она развивается в соответствии с рынком и ей не чужды изменения.

Информационные технологии в строительстве применяются практически в любой области, начиная от организации работы на стройке, до перепроверки сметы и плана строительства. Широкое применение в мире находят автоматизированные системы проектирования.

Автоматизация повышает качество работ, снижает материальные затраты, сокращает сроки проектирования, увеличивает производительность труда инженерно- технических работников. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук совершенствовать методологию этого процесса, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов.

Существует множество программ, позволяющих выполнить расчеты и визуализировать их результаты. Практически не осталось ограничений по расчету сооружений любой сложности — в статике и динамике, в упругой и неупругой стадиях работы, с учетом последовательности и технологии возведения, включая изменение конструктивной схемы и появление новых нагрузок при реконструкции. В настоящее время для проведения расчетов строительных сооружений широко используются различные программные комплексы, реализующие метод конечных элементов, позволяющие с полным соответствием реальным геометрическим размерам и физико-механическим свойствам моделируемого объекта оценить его напряженно-деформированное состояние и спрогнозировать его поведение. Среди них можно отметь такие сопровождающие строительное проектирование программные продукты, как: Мономах, ANSYS, SCAD, Лира-СОФТ, Autodesk Robot Structural Analysis Professional, МОНОМАХ, APM Civil Engineering, ПК STARK ES. Целью данной работы является рассмотрение современных программных комплексов и основ BIM – технологии в строительстве. Задачи работы: 1) ознакомиться с существующими программными комплексами; 2) изучить основы BIM – технологии.1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ

КОМПЛЕКСЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ

В настоящее время существует более сотни программных комплексов, в той или иной степени ориентированных на расчет конструкций. Всех их объединяет реализация метода конечных элементов (далее – МКЭ) в перемещениях. Компьютерное моделирование прочности и динамики строительных конструкций основано на методе конечных элементов, реализованном в программных комплексах.

В отличие от машиностроения, энергетики и аэрокосмической промышленности, где широко распространены так называемые тяжелые универсальные зарубежные пакеты (ABAQUS, ANSYS, NASTRAN, COSMOS), в промышленном, гражданском и транспортном строительстве расчеты, как правило, проводятся специализированными пакетами («Лира», MicroFE (Stark ES) и др.), разрабатываемыми в странах СНГ. Несомненными достоинствами этих пакетов являются широкая практика применения, наличие сертификатов Госстроя, подтверждающих учет методик СНиП.

Возможностей данных пакетов достаточно для решения типовых практических задач, применяемые в них алгоритмы прошли испытание временем. Упомянутые пакеты примерно идентичны по своим возможностям. Сравнение их — дело сложное и неблагодарное, и определяющим фактором здесь нередко выступали вкусы или привычки пользователей либо специфика решаемых задач. В то же время широкое распространение нетипового строительства и точечной застройки, повышение высотности зданий и строительство ряда большепролетных сооружений уникальной архитектуры привело к усложнению решаемых задач. Появилась необходимость учета следующих моментов, не получивших должного разрешения в специализированных пакетах: — большие размеры моделей (от 100 тыс. узлов) и необходимость поддержки многопроцессорных расчетов; — трудоемкость подготовки моделей и совершенствование алгоритмов автоматической генерации сеток; — геометрическая нелинейность поведения большепролетных сооружений; — учет физической нелинейности поведения железобетона (пластичность, ползучесть и т.д.); — необходимость совместного учета грунта и конструкции в нелинейной постановке; — сложный характер ветрового нагружения и его большая динамическая составляющая; — необходимость анализа нештатных ситуаций в высоко не линейной динамической постановке с учетом разрушения; — необходимость решения нетиповых задач теплообмена и вентиляции; — оптимизация проектных параметров нетиповых конструкций.

1.1. ПК SCAD Office

Комплекс SCAD — интегрированная система прочностного анализа и проектирования конструкций на основе метода конечных элементов [10]. Он включает в себя высокопроизводительный процессор, позволяющий решать задачи большой размерности (сотни тысяч степеней свободы) в линейной и геометрически нелинейной постановке, модули анализа устойчивости, формирования расчетных сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинаций загружений, построения амплитудно-частотных характеристик, модули подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций, а также проверки и подбора металлических конструкций.Система предусматривает, кроме статических расчетов, рассмотрение различных видов динамических воздействий — таких как сейсмика, пульсация ветровой нагрузки, гармонические колебания, импульс, удар.

В SCAD реализована развитая библиотека конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотельных и комбинированных конструкций, так же реализован режим вариации моделей для совместного анализа нескольких вариантов расчетной схемы. Графические средства формирования расчетных схем включают набор параметрических прототипов конструкций, позволяют автоматически сгенерировать сетку конечных элементов на плоскости, задать описания физико-механических свойств материалов, условий опирания и примыкания, а также нагрузок.

Предусмотрена возможность сборки расчетных моделей из различных схем, а также широкий выбор средств графического контроля всех характеристик схемы. Результаты расчета могут экспортироваться в редактор MS Word или электронные таблицы MS Excel, a также выводятся в виде деформированной схемы и схемы прогибов, цветовой и цифровой индикации значений перемещений в узлах, а также изополей и изолиний перемещений для пластинчатых и объемных элементов.

В состав системы входят программы четырех основных видов: — вычислительный комплекс Structure CAD (ВК SCAD), который является универсальной расчетной системой конечно-элементного анализа конструкций и ориентирован на решение задач проектирования зданий и сооружений достаточно сложной структуры; — вспомогательные программы для «обслуживания» ВК SCAD и обеспечивающие: формирование и расчет геометрических характеристик различного вида сечений стержневых элементов (Конструктор сечений, КОНСУЛ, ТОНУС, СЕЗАМ), определение нагрузок и воздействий на проектируемое сооружение ВЕСТ, вычисление коэффициентов постели, необходимых при расчете конструкций на упругом основании КРОСС;используемый для формирования укрупненных моделей и при импорте данных из архитектурных систем препроцессор ФОРУМ; — проектно-аналитические программы КРИСТАЛЛ, АРБАТ, ДЕКОР и КАМИН, которые предназначены для решения частных задач проверки и расчета элементов стальных, железобетонных, деревянных, каменных и армокаменных конструкций в соответствии с требованиями нормативных документов (СНиП); — проектно-конструкторские программы КОМЕТА и МОНОЛИТ, предназначенные для разработки конструкторской документации на стадии детальной проработки проектного решения. Вычислительный комплекс SCAD включает развитые средства подготовки данных, расчета, анализа результатов и не имеет ограничений на размеры и форму проектируемых сооружений.

Тем не менее, для инженера- проектировщика во многих случаях важными являются «простые» задачи, решение которых занимает заметную часть времени. К таким задачам можно отнести проверку сечений элементарных балок, сбор нагрузок на элементы конструкций, определение геометрических характеристик составных сечений.

Для решения этих задач и были разработаны дополнительные программы- сателлиты. Вместе с вычислительным комплексом они составляют систему SCAD Office. При разработке программ-сателлитов предусматривается общность в представлении данных, способах управления, используемых формах проверки нормативных требований и показе результатов таких проверок, документировании работы. При этом любая из программ, входящих в систему SCAD Office, может использоваться в автономном режиме.

1.2. ПК МОНОМАХ

ПК МОНОМАХ представляет собой универсальный программный комплекс, позволяющий решать большой класс задач расчета и проектирования железобетонных, каменных и армокаменных конструкций [9]. Этапы проектирования и расчета конструкций, выполняемые с использование мразличных программных продуктов, в ПК МОНОМАХ объединены в рамках общего комплексного подхода.

Этот подход обеспечивает значительное упрощение работы и увеличение скорости проектирования. Область применения ПК МОНОМАХ весьма разнообразна — это расчет и проектирование монолитных железобетонных зданий, сборных зданий рамной и рамно-связевой конфигурации, кирпичных зданий, высотных зданий и т.д.

ПК МОНОМАХ успешно применяется при расчете сооружений со сложным планом, переменной конфигурацией по высоте, большим количеством нерегулярных включений и многими другими особенностями [5]. От пользователя не требуется глубоких знаний метода конечных элементов (МКЭ) и специфических знаний по работе со сложными расчетными комплексами, поскольку при создании расчетной модели сооружения ему приходится работать со знакомыми объектами: осями, балками, перекрытиями, колоннами, этажами и т.д.

ПК МОНОМАХ имеет экспертную систему, которая на всех этапах автоматизированного проектирования дает пользователю подсказки относительно обоснования принятых конструктивных решений, таких как выбор размеров сечения несущих конструкций, расстановка диафрагм жесткости, обеспечение тех или иных требований нормативных документов. ПК МОНОМАХ изначально ориентирован на инженеров строительной отрасли, предоставляя интуитивно понятный интерфейс и эффективные расчетные предпосылки.

Тем самым создан инструмент, позволяющий принимать быстрое и надежное решение при проектировании и расчете железобетонных и каменных конструкций. ПК МОНОМАХ может быть использован на разных этапах проектирования.

На стадии принятия проектных решений за короткое время можно получить результаты расчетов вариантов конструктивных схем с различной расстановкой колонн, диафрагм, свай, с разной толщиной плит и пр., а также определить расход материалов и стоимость конструкций здания. Применение ПК МОНОМАХ на стадии рабочего проектирования позволяет создать расчетную схему, выдать результаты расчетов и эскизы рабочих чертежей в единой среде, что позволяет существенно сократить сроки выполнения работ.

Есть возможность расчета сооружений совместно с грунтовым основанием на базе создаваемой 3D-модели грунтового массива по имеющимся инженерно-геологическим данным. ПК МОНОМАХ предоставляет пользователю возможность задания фундаментов как на естественном, так и на свайном основании, причем с различными вариантами описания жесткостных характеристик свай.

Выполняется расчет на ветровые и сейсмические нагрузки с автоматическим сбором нагрузок и с учетом требований различных нормативных документов (нормы всех стран СНГ и некоторых европейских стран). В ПК МОНОМАХ реализован широкий спектр возможностей по межпрограммной передаче данных: — импорт из комплекса AutoCAD набора плоских планов этажей в формате DXF. В результате импорта в ПК МОНОМАХ автоматически генерируется пространственная многоэтажная расчетная схема с заданными параметрами сечений конструктивных элементов; — импорт из цифровой модели объекта (ЦМО используется в интегрированной технологической линии проектирования КАЛИПСО). Эта линия проектирования объединяет большое количество различных архитектурных программ (ArchiCAD, AutoCAD и др.); — экспорт расчетной схемы в программный комплекс «Лира» с возможностью автоматической генерации сетки конечных элементов (КЭ), экспорта жесткостных параметров КЭ, нагрузок и т.д.; — экспорт нагрузок на фундамент и напластования грунтов в ФОК ПК и в программу ФУНДАМЕНТ для дальнейшего расчета и проектирования столбчатых фундаментов.Все чертежи, сформированные в ПК МОНОМАХ, могут быть сохранены в формате DXF и экспортированы в любые программы, поддерживающие этот формат.

1.3. ANSYS

Одним из популярных пакетов, используемых для расчета строительных конструкций и не только, является ANSYS. Встроенный в ANSYS язык программирования APDL (напоминающий фортран) позволяет строить модели параметрически, создавать собственные типовые модели-примитивы, включать пользовательские алгоритмы.

Поддерживаются параметры, массивы, запрос информации из баз данных, ввод- вывод в текстовые файлы, циклы, условные переходы, встроенные математические функции, макросы, шифрование и многое другое. Особенно эффективен он при обработке и анализе результатов. Рядом пользователей реализованы даже методики СНиП. ANSYS/CivilFEM разработан как дополнительный модуль ANSYS.

Комбинация обеих программ (пакет ANSYS+CivilFEM) дает возможность инженерам-строителям производить расчеты на высоком научном уровне, с применением мощнейших современнейших вычислительных технологий, а также позволяет выполнять сейсмические расчеты, расчет нелинейной потери продольной устойчивости, проверку и проектирование железобетонных и металлических профилей и т.д., наглядно снижая время, необходимое для проектирования и расчетов, в той же мере, как и увеличивая качество проектов и эффективность новых строительных методик. При расчете на сейсмические воздействия в ANSYS можно использовать как линейно-спектральный анализ, так и анализ переходных процессов.

При линейно-спектральном подходе используется исходное сейсмическое воздействие, за данное в виде спектра (зависимость ускорения от частоты) и включающее:- вычисление фактора участия каждой собственной частоты конструкции по результатам модального анализа; — нахождение максимальных ускорений для каждой формы собственных колебаний из-за данного спектра отклика; — масштабирование перемещений, полученных из модального анализа, до физических форм, основанных на ускорении, факторе участия и круговых частотах; — сложение полученных результатов по принципу суперпозиции в окончательный результат. Главным преимуществом линейно-спектральной теории является то, что лежащий в основе расчета спектр отклика может быть получен путем наложения и/или вероятностной обработки спектров, соответствующих многим реальным записям сейсмических колебаний грунта.

Таким образом, данный метод позволяет учесть опыт прошлых землетрясений, и чем больше их было рассмотрено при построении спектра, тем меньше вероятность того, что при новом землетрясении нагрузки на сооружение превысят ожидаемые. По мере получения новых данных спектр может дополнительно уточняться.

Линейно-спектральный анализ — это поиск вклада каждой формы собственных колебаний в результирующее возмущение от входного спектра отклика, поэтому для такого типа анализа предварительно требуется провести модальный анализ. Безусловным плюсом программного комплекса ANSYS является возможность проводить модальный анализ преднапряженных конструкций даже в нелинейной постановке.

При анализе переходных процессов для адекватного моделирования сейсмического воз действия используются кинематические нагрузки (зависимость перемещений от времени). В отличие от линейно-спектральной теории при анализе переходных процессов возможен учет физической (нелинейная упругость, пластичность материалов и т.д.), геометрической (если в процессе движения системы еехарактеристики из меняются вследствие больших перемещений) и контактной не линейности (изменяющийся статус контакта), что является существенным фактором в некоторых расчетах, например конструкций с вантовым покрытием или при учете взаимодействия конструкции с полуупругим основанием. Помимо этого, при расчете конструкции во временной постановке решается так называемое уравнение Ньюмарка, то есть используется прямое пошаговое интегрирование уравнения движения по времени. На практике это означает, что инерционные силы в конструкции, вычисленные на предшествующем шаге, влияют на решение следующего. Несмотря на значительную ресурсоемкость таких расчетов, их выполнение позволяет более адекватно оценить работу несущих конструкций при сейсмических воздействиях.

1.4. APM Civil Engineering

Система APM Civil Engineering обладает необходимым функционалом для создания моделей конструкций, задания необходимого спектра нагрузок, выполнения расчетов и визуализации полученных результатов. Имеющиеся в APM Civil Engineering возможности инструментального обеспечения позволяют решать обширный круг прикладных задач: — проектировать металлические конструкции при различных видах нагружения и закрепления с возможностью автоматического подбора поперечных сечений и генерацией стандартных узлов соединений металлоконструкций; — проектировать железобетонные конструкции; проводить автоматический подбор параметров арматуры, необходимой для армирования бетонных ригелей, колонн, плит, а также армирования каменных конструкций; выполнять расчет фундаментов; — проектировать деревянные конструкции и автоматически подбирать металлические зубчатые пластины для соединения в узлах, а также получать на все элементы конструкции схему распиловки;

2 BUILDING INFORMATION MODELING (BIM) ТЕХНОЛОГИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассмотрены существующие современные программные комплексы и основы BIM – технологии в строительстве. В ходе проделанной работы можно сделать следующие выводы: 1 Внедрение системы APM Civil Engineering позволит повысить уровень качества расчетного обоснования проектных решений, сократить сроки проектирования, снизить материалоемкость строительного объекта, уменьшить стоимость проектных работ и строительства в целом.

2 Программный комплекс ANSYS имеет в своем составе набор инструментов для решения широкого круга задач сейсмики независимо от характера исходных данных, требуемой точности решения и сложности расчетной схемы. Это дает пользователю возможность сознательно выбирать подход к решению той или иной задачи сейсмики.

3 ПК МОНОМАХ представляет собой универсальный программный комплекс, позволяющий решать большой класс задач расчета и проектирования железобетонных, каменных и армокаменных конструкций. Этапы проектирования и расчета конструкций, выполняемые с использованием различных программных продуктов, в ПК МОНОМАХ объединены в рамках общего комплексного подхода.

Этот подход обеспечивает значительное упрощение работы и увеличение скорости проектирования. 4 Есть много способов сборки единой BIM модели. Виртуальное моделирование требует к себе прогнозируемого подхода, взгляда на несколько ходов вперед. Нужно изначально представлять, как части модели, выполненные с применением различных программ, собрать затем в единый работающий комплекс. 5 Использование цифровых моделей облегчает проектирование, анализ и контроль на всех этапах жизненного цикла сооружения от инвестирования до эксплуатации.

Источник: the-distance.ru

Цифровые технологии в строительстве Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / КОМПЬЮТЕРНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ / ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ СТРОИТЕЛЬНОГО ОБЪЕКТА / НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ / СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ / СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА / СТРОИТЕЛЬНАЯ АЭРОГИДРОДИНАМИКА / DIGITAL TECHNOLOGIES / MATHEMATICAL MODELLING / NUMERICAL MODEL-LING / COMPUTER MODELLING / INFORMATION MODELING / COMPUTER MATERIAL SCIENCE / LIFE CYCLE OF A BUILDING OBJECT / LOADS AND IMPACTS / BUILDING STRUCTURES / CONSTRUCTION MECHANICS / CONSTRUCTION AEROHYDRODYNAMICS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Травуш Владимир Ильич

Настоящая статья посвящена анализу современного состояния и перспектив развития цифровых технологий в строительстве. Введены основополагающие понятия цифровой экономики, цифрового производства и цифровых технологий ; описана своеобразная «эволюция» процесса проектирования в строительстве (переход от «бумажных» технологий к системам автоматизированного проектирования и далее к информационному моделированию строительных объектов). Указаны современные достижения математического и компьютерного моделирования нагрузок и воздействий, а также современные достижения и проблемы математического (численного) моделирования напряжённо-деформированного состояния (НДС), динамики и устойчивости при основных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий на значимых этапах жизненного цикла строительного объекта . Рассмотрены цифровые технологии в экспериментальных и натурных исследованиях, показана взаимосвязь с математическим моделированием , представлены цифровые технологии в производстве материалов, изделий и конструкций, дана краткая характеристика развития компьютерного материаловедения . В числе весьма актуальных проблем, затронутых в статье, следует также выделить принципиально новый подход в архитектурностроительном проектировании, заключающийся в создании компьютерной модели нового здания (сооружения), несущей в себе все сведения о будущем объекте и являющейся инструментом контроля за его жизненным циклом Building Information Model (BIM) это, по существу, отражение идей цифровой экономики в строительстве и цифровые технологии в экономике строительства. Поясняются понятия «умных» дома, района, города, региона и страны, зачастую используемые профессионалами с учётом текущих реалий, долгосрочных и среднесрочных перспектив. В завершении даётся оценка целесообразности нормотворчества в области информационных технологий.

Текст научной работы на тему «Цифровые технологии в строительстве»

Цифровые технологии в строительстве

В.И.Травуш, РААСН, Москва

Указаны современные достижения математического и компьютерного моделирования нагрузок и воздействий, а также современные достижения и проблемы математического (численного) моделирования напряжённо-деформированного состояния (НДС), динамики и устойчивости при основных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий на значимых этапах жизненного цикла строительного объекта. Рассмотрены цифровые технологии в экспериментальных и натурных исследованиях, показана взаимосвязь с математическим моделированием, представлены цифровые технологии в производстве материалов, изделий и конструкций, дана краткая характеристика развития компьютерного материаловедения. В числе весьма актуальных проблем, затронутых в статье, следует также выделить принципиально новый подход в архитектурно-строительном проектировании, заключающийся в создании компьютерной модели нового здания (сооружения), несущей в себе все сведения о будущем объекте и являющейся инструментом контроля за его жизненным циклом — Building Information Model (BIM) — это, по существу, отражение идей цифровой экономики в строительстве — и цифровые технологии в экономике строительства. Поясняются понятия «умных» дома, района, города, региона и страны, зачастую используемые профессионалами с учётом текущих реалий, долгосрочных и среднесрочных перспектив. В завершении даётся оценка целесообразности нормотворчества в области информационных технологий.

Ключевые слова: цифровые технологии, математическое моделирование, численное моделирование, компьютерное моделирование, информационное моделирование, компьютерное материаловедение, жизненный цикл строительного объекта, нагрузки и воздействия, строительные конструкции, строительная механика, строительная аэрогидродинамика.

Digital Technologies in Construction

V.I.Travush, RAASC, Mosœw

The article is devoted to the analysis of the current state and prospects of development of digital technologies in construction. The fundamental concepts of digital economy, digital production

and digital technologies are introduced; a peculiar «evolution» of the design process in construction is described (transition from so-called «paper-based» technologies to computer aided design systems and further to information modeling of construction objects). Contemporary achievements of mathematical and computer modeling of loads and impacts, contemporary achievements and problems of mathematical (numerical) modeling of the stress-strain state, dynamics and stability at the basic and special combinations ofloads and impacts at significant stages oflife cycle of construction object are specified.

Digital technologies in experimental and field studies are considered, the interrelation with mathematical modeling is shown, digital technologies in production of materials, products and structures are presented, the brief and substantial analysis of development of computer material science is given. Among the very topical issues raised in the article we should also highlight BIM — a fundamentally new approach in architectural and construction design, which includes creation of a computer model of a new building (structure), which carries all the information about the future of the object and is an instrument of control over its life cycle. Building Information Model is, in essence, a reflection of the ideas of the digital economy in construction and digital technology in the construction economy. The article also explains the concept of so-called «smart» home, «smart» district, «smart» city, «smart» region and «smart» country, which are normally used by professionals in terms of current realities,long-term and medium-term prospects. Finally, the expediency of development of design codes in the field of information technologies is assessed.

Keywords: digital technologies, mathematical modelling, numerical model-ling, computer modelling, information modeling, computer material science, life cycle of a building object, loads and impacts, building structures, construction mechanics, construction aerohydrodynamics

Цифровая экономика, цифровое производство, цифровые технологии

Термин цифровые технологии вначале обозначал возможность с помощью компьютеров обрабатывать большие массивы чисел. В 1995 году американский информатик Николас Не-гропонте (Массачусетский технологический институт) ввёл в употребление термин «цифровая экономика». Одно из наиболее общих определений для которого: цифровая экономика — это система экономических, социальных и культурных отношений,

основанных на использовании цифровых технологий. К современным цифровым технологиям относятся, в частности, технологии математического и компьютерного моделирования, технологии Big Data (возможность работать с огромными массивами информации), интеллектуальные технологии, технологии определения местонахождения, облачные сервисы (то есть выделяемое дисковое пространство на удалённом сервере), технологии 3D-печати, интеллектуальные датчики, мобильные устройства. С использованием цифровых технологий изменяются повседневная жизнь человека, производственные отношения, структура экономики и образование, а также возникают новые требования к коммуникациям, вычислительным мощностям, информационным системам и сервисам. В статье рассматриваются основные аспекты современных цифровых технологий в строительстве.

В настоящее время массивы данных о регионах, сооружениях, материалах и их свойствах, технологиях возведения становятся новым активом, причём, главным образом, за счёт их альтернативной ценности, то есть по мере применения существующих, уже известных данных в новых целях и их использования для реализации новых идей. В таких условиях в России начинает решаться государственная задача создания инфраструктуры, которая обеспечила бы эффективное взаимодействие хозяйствующих субъектов в цифровом пространстве. Строительная индустрия не только создаёт рабочие места и составляет 6% от мирового ВВП, но также формирует инфраструктуру, необходимую для процветания бизнеса, и со временем влияние строительной отрасли будет только расти. Именно внедрение цифровых технологий станет важным фактором инновационного развития строительной отрасли, позволит изыскателям, архитекторам, инженерам, дизайнерам, заказчикам и строителям стать по-настоящему единой командой и добиться успехов в реализации самых сложных проектов капитального строительства. Но переход к управлению в цифре — это не просто перевод данных и процессов в цифровой вид, это ещё и смена моделей, подходов, способов мышления (и «управленцев»).

Следует отметить, что более десяти лет в Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) развиваются и внедряются цифровые технологии в области строительства, а также формируются научно-методические основы подготовки необходимых кадров. В дальнейшем РААСН должна стать одной из основных площадок для обсуждения актуальных вопросов развития цифровых технологий в архитектуре и строительстве [1; 7].

Из прошлого в будущее без остановки

Как известно, до изобретения компьютеров и программного обеспечения все проектирование велось по «бумажной» технологии.

Изменения вносились с помощью аппликаций, ксерокопирования новых узлов и их вклеивания в существующий чертёж, а необходимость значительного исправления означала воспроизведение чертежа с самого начала. Все инженерные расчёты производились с помощью арифмометров и логарифмических линеек, вся документация хранилась на бумаге.

Это не помешало в короткие сроки после войны создать ряд выдающихся архитектурных произведений. Были восстановлены разрушенные города, в Москве построено семь высотных зданий, построено самое высокое сооружение в мире — телебашня в Останкино.

Идея автоматизировать проектирование зародилась в 50-х годах прошлого века почти одновременно с появлением коммерческих компьютеров. Программное обеспечение вместе с аппаратными средствами позволяли автоматизировать наиболее трудоёмкие работы чертёжного характера. Возможности графических программ постепенно расширялись, что позволяло облегчить процесс черчения.

Сегодня очевиден качественный прогресс информационных технологий в строительстве. В основе современных систем автоматизированного проектирования (САПР) лежит создание компьютерной модели объекта. Теперь пользователь создаёт не просто чертёж, а электронную копию проектируемого объекта.

Процессы расчётного обоснования, проектирования и возведения объекта при современной практике строительства нередко выполняются параллельно, что определяет необходимость интенсивного обмена результатами работы между научно-исследовательскими, проектными и строительными организациями, зачастую географически удалёнными друг от друга и в ряде случаев использующими несовместимые компьютерные платформы и программные средства. Информационное моделирование зданий заключается в создании и использовании комплекса согласованных и взаимосвязанных проектных данных. Эти данные используются для формирования строительно-технической документации, прогнозирования эксплуатационных характеристик, оценки затрат и планирования строительных работ, а затем -и для управления строительным объектом [6].

Современные достижения математического и компьютерного моделирования нагрузок и воздействий

Самостоятельной проблемой, общей для всех строительных объектов, является задание нагрузок и воздействий на здания и сооружения в процессе их жизненного цикла [1; 6; 7].

Как известно, нагрузки на строительные конструкции устанавливаются нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений — постоянные нагрузки принимают по проектным значениям геометрических параметров, технологические нагрузки по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации, временные нагрузки от людей — по заполняемости помещений и пространств и т.д.

Для уникальных зданий и сооружений актуальной и до конца не решённой задачей является моделирование ветровых потоков и нагрузок на здания, сооружения и комплексы.

Анализ поведения всего здания и его отдельных конструктивных элементов в потоке ветра обнаруживает наряду со статическими деформациями большое разнообразие явлений аэрогидроупругой неустойчивости, обусловленное формой поперечного сечения, конфигурацией здания и его ориентацией

относительно направления потока, упругими и демпфирующими свойствами конструкций, особенностью рельефа местности и интерференцией в условиях плотной и изменяющейся окружающей застройки. Указанные явления значительно влияют на надёжность и долговечность конструкций, а также комфортность пребывания людей. Среди них известны колебания вихревого возбуждения, например, ветровой резонанс, галопирование, дивергенция, флаттер и баффтинг. Особую важность приобретает оценка максимальных и минимальных ветровых давлений на ограждающие поверхности с учётом их статистического разброса. Применяемые в расчётах ветровые и сейсмические нагрузки имеют относительно малую историю наблюдений (100-150 лет), что затрудняет их нормирование на более длительные сроки.

Рис. 1. Макет комплекса ММДЦ «Москва-Сити» в аэродинамической трубе

Рис. 2. ММДЦ «Москва-Сити». Комплексные расчёты ветровой аэродинамики

Для определения расчётных параметров неустойчивых колебаний нормами предлагается использовать результаты испытаний крупномасштабных макетов в специализированных аэродинамических трубах, позволяющих воспроизвести атмосферный пограничный слой, но подобные испытания весьма трудоёмки, причём в России лишь несколько труб удовлетворяют современным требованиям, и для наиболее масштабных моделей испытания приходится выполнять за рубежом (в частности, на рисунке 1 показан макет комплекса Московского международного делового центра «Москва-Сити» (ММДЦ «Москва-Сити» в аэродинамической трубе).

Методология экспериментального моделирования ветровых потоков и воздействий на уникальные высотные комплексы, разумеется, обладает собственными ограничениями и погрешностями из-за сложности создания динамически подобной модели. Подчеркнём, что в последние годы в РААСН развивается новое научное направление — вычислительная аэрогидродинамика, то есть определение распределений снеговых и ветровых нагрузок, а также аэродинамических коэффициентов на основе решений фундаментальных задач аэродинамики с помощью цифровых технологий на компьютерах [1; 7].

Полученные при этом расчётные аэродинамические параметры вычисляются с учётом различных форм зданий, интерференции с окружающей застройкой, а также локального рельефа местности. В перспективе роль математического моделирования будет только возрастать. Соответствующие параметризованные модели и результаты численного моделирования ветровой аэродинамики в дальнейшем целесообразно использовать при формировании и эксплуатации системы мониторинга объекта.

На рисунке 2 в качестве примера показаны некоторые результаты распределения ветровых нагрузок на объекты ММДЦ «Москва-Сити».

На рисунке 3 приведены компьютерные модели комплекса многоэтажных зданий для определения ветровых нагрузок и воздействий. Изолинии иллюстрируют распределение ветрового давления по фасадным поверхностям здания при различных направлениях ветра. На рисункке 4 в виде графиков

Рис. 3. Многофункциональный жилой комплекс. Московская область, город Пушкино. Ветровые нагрузки на несущие и фасадные конструкции, оценка пешеходной комфортности (ПК «ANSYS/CFD»)

Рис. 4. Многофункциональный жилой комплекс. Ветровые нагрузки на несущие и фасадные конструкции, оценка пешеходной комфортности (ПК «ANSYS/CFD»)

показаны суммарные ветровые нагрузки на корпуса здания.

На рисунке 5 показано распределение параметров пешеходной комфортности по нормативным критериям. Зоны некомфортности выделены красным цветом.

Моделирование переноса снега в аэродинамической трубе даёт возможность получить качественную характеристику возможных отложений снега при разных направлениях ветра, имеется численный опыт (рис. 6).

Остановимся ещё на задании сейсмической нагрузки.

Интенсивность сейсмических воздействий принимается по картам общего сейсмического районирования 0СР-2015, масштаб 1:2500 000. Однако для районов с высокой сейсмической активностью (Кавказ, Крым, Сахалин, Кемеровская область, Красноярский край и т.п.) необходима разработка карт ДСР (детального сейсмического районирования) с масштабом 1:500 000. Для особо опасных и ответственных объектов применяется сейсмическое микрорайонирование (СМР) с масштабом 1:50000 — 1:2000. Вообще для конкретной площадки строительства с заданной сейсмичностью нереально записать много сильных землетрясений именно в данном пункте, поэтому применяют спектры для других регионов, имеющих сходные сейсмотектонические, геологические и грунтовые условия. Если для какой-либо площадки известны размеры и расположение потенциальных

очагов землетрясений, то для неё можно определить специальный спектр на основе статистической обработки и анализа ряда акселерограмм и/или спектров реальных землетрясений с учётом местных сейсмологических условий и построить синтезированную трёхкомпонентную акселерограмму.

Современные достижения и проблемы математического (численного) моделирования напряжённо-деформированного состояния (НДС), динамики и устойчивости при основных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий на значимых этапах жизненного цикла сооружения

После определения и задания нагрузок возникает задача определения напряжённо-деформированного состояния элементов сооружения при основных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий на значимых этапах жизненного цикла сооружения.

Одна из основных проблем расчёта уникальных сооружений — большая вычислительная размерность задач — от нескольких миллионов до десятков миллионов неизвестных, находящаяся на границе возможности доступных современных вычислительных программных комплексов.

На рисунке 7 показаны пять первых собственных форм колебаний высотного комплекса «Лахта Центр», расчётная схема которого насчитывает 440 000 конечных элементов (КЭ). На рисунке 8 показаны компьютерные модели шести новых

Рис. 5. Многофункциональный жилой комплекс. Ветровые нагрузки на несущие и фасадные конструкции, оценка пешеходной комфортности (ПК «ANSYS/CFD»)

Рис. 7. Формы собственных колебаний комплекса «Лахта Центр»

Рис. 6. Численное моделирование переноса снега

Рис. 8. Конечноэлементные модели несущих конструкций футбольных стадионов Чемпионата мира по футболу 2018 года

стадионов для чемпионата мира по футболу с размер-ностями 350 000 КЭ для Екатеринбурга и 2 500 000 КЭ — для Самары.

Часто необходимо достаточно подробное трёхмерное моделирование наиболее нагруженных узлов сооружений, прочность и устойчивость которых могут определить безопасность всей системы.

На рисунке, расположенном на третьей странице обложки журнала, показана трапециевидная в плане сетчатая оболочка

Рис. 9. Конечноэлементное моделирование конструктивных узлов

покрытия терминала аэропорта «Внуково» (Москва) размерами 140 *75 метров, опирающаяся на сетку железобетонных колонн.

Всё покрытие моделируется линейными элементами, а наиболее напряжённые узлы в этой расчётной схеме моделируются оболочечными элементами, что позволяет получить в них подробное распределение напряжений (рис. 9).

Аналогично рисунок 10 иллюстрирует рассмотренный расчёт каркаса здания, у которого к несущим фермам пролётом 36,0 метров подвешено 17 этажей. Показано распределение напряжений в узле с опорным раскосом с усилием 4000 тонн.

Для моделирования взаимодействия сооружений с грунтовым основанием с учётом реальных свойств, поэтапности возведения и фактической истории эксплуатации разработаны алгоритмы нелинейного расчёта на базе «продвинутых» пространственных моделей грунта, предложенных отечественными и зарубежными учёными (рис. 11).

Прогрессирующее обрушение является наиболее опасным явлением разрушения строительных конструкций, способным привести к большому числу человеческих жертв и огромным материальным потерям. Отметим, что процессы деформирования, разрушения и обрушения конструкций здания являются нелинейными процессами, сопровождающимися большими пластическими деформациями и перемещениями, а также динамическими нагружающими эффектами в момент отказа элементов конструкций. Решение подобных задач целесообразно проводить с применением методов прямого интегрирования уравнений динамики во времени.

В настоящее время стало обязательным выполнение расчётов уникальных и ответственных зданий и сооружений в сейсмоактивных районах на максимальное расчётное землетрясение (МРЗ), заданное акселерограммами, прямым динамическим методом и с учётом возможных проявлений эффектов физической, геометрической и конструктивной нелинейностей [3]. Основной критерий таких расчётов — недопущение обрушения («прогрессирующего») всего сооруже-

Рис. 10. Конечноэлементное моделирование наиболее на пряжённыхузлов каркаса промышленного здания

Рис. 11. Моделирование взаимодействия сооружений с грунтовым основанием, в том числе с учётом реальных свойств, поэтапности возведения и фактической истории эксплуатации

Рис. 12. Расчётные исследования НДС, прочности несущих конструкций башни «Ахмат» (Грозный) при действии нормативно-регламентированных сочетаний статических, ветровых и сейсмических нагрузок (программные комплексы «ANSYS»,

ния или значимой его части. Для развития этого направления необходимо совершенствовать и создавать адекватные математические нелинейные модели поведения строительных материалов и конструкций при динамическом нагружении.

На рисунке 12 показаны исходные данные для расчётных исследований НДС, прочности несущих конструкций башни «Ахмат» (Грозный) при действии сочетаний статических, ветровых и сейсмических нагрузок.

На рисунке 13 показаны картины разрушения железобетонных конструкций здания при двух- и четырёхпроцентном армировании в условиях воздействия МРЗ 9 баллов, заданного синтезированной акселерограммой. При двухпроцентном армировании происходит прогрессирующее разрушение и обрушение верхних десяти этажей. При четырёхпроцентном армировании обрушения не происходит.

Весьма актуальными в настоящее время являются, как известно, задачи определения фактических пределов огнестойкости строительных конструкций (рис. 14). Традиционные отечественные методики базируются на исследованиях 60-х — 70-х годов прошлого века и соответствуют вычислительной возможности тех лет.

Наиболее достоверным способом определения фактического предела огнестойкости является огневое испытание натурных моделей конструкций в условиях стандартного пожара. Однако данный вид испытания является достаточно дорогим, а для большепролётных конструкций — вообще невозможным из-за ограниченных размеров имеющихся огневых камер. Выходом из этой ситуации может служить определение пределов огнестойкости расчётными методами [1].

Традиционно актуальными являются связанные задачи механики для адекватного моделирования уникальных и ответственных зданий и сооружений (то есть нелинейные задачи, когда воздействие на сооружение связано с его деформациями или напряжённым состоянием). В частности, классический пример связанных задач аэрогидроупругости — это необходимость обеспечения прочности и надёжности резервуаров с нефтепродуктами, газами и другими экологически опасными веществами. На рисунке 15 приведена задача определения НДС резервуаров с нефтью при сейсмическом воздействии [1; 7].

Актуальными в области строительства остаются и задачи термоупругости. В общем случае задача определения тем-

Рис. 13. Повреждения после МРЗ в конструкциях, для которых была задана физически нелинейная модель, вследствие растяжения (сверху) и сжатия (снизу)

Рис. 15. Численное моделирование задач аэрогидроупругости в строительстве

Рис. 14. Определение нестационарных полей температур в строительных конструкциях при гипотетических пожарах

Рис. 16. Численное моделирование задач термоупругости

пературного поля и поля напряжений является связанной, и в ней учитываются влияние напряжений на распределение температур и тепло, которое выделяется при деформации тела в результате приложения внешних силовых нагрузок. На рисунке 16 показан процесс ударного взаимодействия самолёта и защитной оболочки АЭС в нелинейной динамической постановке, когда имеет место разрушение оболочки и растекание топлива.

Рис. 17. К натурным исследованиях Шуховской башни

Рис. 18. Лазерные сканирующие системы для проведения обследования зданий и сооружений

Достоверность и полнота получаемых результатов и практических выводов определяется гармоничным «сплавом» квалификации расчётчиков и качеством используемого программного обеспечения при безусловно определяющем влиянии квалификации.

Цифровые технологии в экспериментальных и натурных исследованиях. Взаимосвязь с математическим моделированием

Важнейшим этапом обследования зданий и сооружений является создание адекватных чертежей и моделей существующего объекта с помощью лазерных установок. В качестве примера отметим, что построенная в 1922 году и находящаяся в эксплуатации Шуховская башня нуждается в срочной реконструкции, однако первоначальный проект башни и чертежи её реконструкции 1937 года не сохранились (рис. 17).

Для воссоздания чертежей башни была применена наземная импульсная лазерная сканирующая система, которая позволяет производить сканирование на расстоянии до 600 метров с точностью определения расстояний до 5 мм. Результатом сканирования явилось облако точек, которое представляет собой трёхмерную точечную модель области пространства вокруг сканера. После камеральных работ появилась полная трёхмерная точечная модель башни (приблизительно 50 млн точек), по которым была построена цифровая трёхмерная каркасная модель башни. Также была сделана цифровая трёхмерная твердотельная модель Шуховской башни, на основе которой были созданы обмерные чертежи башни, расчётная схема и выполнены все необходимые проектные работы.

На рисунке 18 показан пример лазерной сканирующей системы, используемой для проведения обследования зданий и сооружений.

Что касается проблемы мониторинга несущих конструкций зданий и сооружений, то выделяются четыре метода инструментального мониторинга: геодезические измерения;

Рис. 19. Расчётные исследования НДС, прочности и устойчивости несущих конструкций башни «Эволюция» ММДЦ «Москва-Сити» с учётом фактического положения железобетонных конструкций (ПК «ANSYS»)

Рис. 20. Расчётные исследования НДС, прочности и устойчивости несущих конструкций башни «Эволюция» ММДЦ «Москва-Сити» с учётом фактического положения ж/б конструкций (ПК «ANSYS»)

инженерно-геологические наблюдения состояния грунтового массива основания; измерения нагрузок и деформаций в конструкциях фундамента и надземной части.

Перспективным направлением является использование строительных конструкций с заложенными в них чувствительными элементами, соединёнными в искусственную нейросеть, что позволит осуществлять точную идентификацию типа и места повреждения на основе технологии распознавания образов. Внимания заслуживает сейсмометрический метод, который позволяет обследовать здание в целом и выявить значимые изменения в несущих конструкциях без инструментального воздействия и визуального осмотра каждой конструкции. Этот метод обеспечивает приемлемое по точности определение собственных частот и форм колебаний, которые идентифицируют локальные изменения состояния конструкций (включая разрушения). Например, по изменению величин измеренных высоких частот можно определить начало разрушения какой-либо несущей конструкции.

На рисунках 19 и 20 показаны результаты расчётных исследований НДС, прочности и устойчивости несущих конструкций башни «Эволюция» ММДЦ «Москва-Сити» с учётом фактического положения железобетонных конструкций. Лишь система инструментального мониторинга, построенная на основе анализа результатов конечноэлементного моделирования в сопоставлении с данными измерений, позволит сделать выводы о состоянии и возможности дальнейшей эксплуатации здания.

Цифровые технологии в производстве материалов,

изделий и конструкций

Возможно, аддитивные технологии ^-принтинг) — будущее строительства. Возможно, именно 3D-принтер в будущем позволит окончательно решить «квартирный вопрос». На 3D-принтере все объекты печатаются послойно, в качестве материала можно использовать и синтетические смолы, и бетон, и сталь (рис. 21).

В настоящее время развитие 3D-печати зданий сдерживается масштабами. Чтобы построить большой дом высотой хотя бы два-три этажа, потребуется весьма дорогостоящий принтер действительно гигантских размеров. Альтернативой является обучение трёхмерного принтера перемещению по специальным строительным лесам для возведения стен по заданной программе.

Именно поэтому пока все отпечатанные здания или очень небольшие, или состоят из отдельных модулей, или собираются из готовых деталей. Мнения экспертов относительно будущего трёхмерной печати зданий расходятся. Многие уверены, что целиком здания таким способом строиться никогда не будут, это нерентабельно.

Пока же печать домов на 3D-принтерах, скорее, напоминает гонку за рекордами, чем начало действительно массового и дешёвого строительства зданий. В то же время в Голландии за шесть месяцев напечатали стальной мост пролётом 12,5 метров, шириной 6,3 метра, весом 4,5 тонны (рис. 22).

Технологии трёхмерной печати позволяют существенно упростить производство различных объектов. В частности,

3D-принтеры дают возможность с использованием разных материалов создавать конструкции произвольной формы в виде единой детали, что нельзя сделать с помощью обычных производственных технологий. Благодаря этому уменьшается расход материала.

В последние годы в России возникла практика использования трёхмерных систем автоматического управления, устанав-

Рис. 21. Аддитивные технологии (3D-принтинг) — будущее строительства?

Рис. 22. Стальной мост в Голландии, возводимый с использованием аддитивных технологий

Рис. 23. Лазерная 3D-технология заливки бетона

ливаемых на бетоноукладчиках и обладающих значительно увеличенной производительностью (лазерная 3D-технология заливки бетона) (рис. 23).

Развитие компьютерного материаловедения

В последние годы в разработке проблем строительного материаловедения определились и получили развитие

ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ (BIM)

СОКРАЩЕНИЕ ЗАТРАТ НА СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЮ

ДО СНИЖЕНИЕ ОШИБОК, п/ ПОГРЕШНОСТИ В ПРОЕКТНОЙ /Q ДОКУМЕНТАЦИИ

ДО СОКРАЩЕНИЕ СРОКОВ « / РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА /о («НУЛЕВОЙ ЦИКЛ» — «ПОД КЛЮЧ»)

СОВОКУПНОЕ ВРЕМЯ » J *-J УМЕНЬШЕНИЯ РАБОТЫ 7 ТЕХНОЛОГОВ / АРХИТЕКТОРОВ

. О УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕМЕНИ

I рДЗ НА ПРОВЕРКУ МОДЕЛИ

о ‘ СНИЖЕНИЕ ПЛАНИРОВАНИЯ

0 ПОГРЕШНОСТИ БЮДЖЕТА.

‘ РАЗА (5% ВМЕСТО 20%)

1Д0 СОКРАЩЕНИЕ ‘ , СРОКОВ КООРДИНАЦИИ

4 ЛНА СОКРАЩЕНИЕ

уо^ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

Рис. 24. BIM. Рекламные декларации

Рис. 25. Схематичная концепция BIM

Рис. 26. Трёхмерная модель комплекса «Лахта-центр» и одного этажа с полным набором инженерного оборудования

основы теории синтеза и конструирования структур композитов, соотносимые с исследованием физико-химических и механо-химических проблем формирования систем твердения, с разработкой методологии, принципов и процедур аналитического и экспериментального моделирования «конструкции структур материалов» нового поколения, с решением теоретических и инженерных вопросов управления эксплуатационными свойствами композитов на основе оптимизации их структур, с совершенствованием традиционных и созданием новых высоких технологий производства строительных композитов. На ближайшую перспективу в качестве актуальной проблематики принимаются, в частности, следующие направления:

— разработка, исследование и развитие теории синтеза и теории конструирования оптимальных структур строительных композитов нового поколения, в том числе разработка моделей, алгоритмов и компьютерных программ оптимизационного конструирования высокоэффективных ресурсо-экономичных строительных композитов, а также реализация полученных данных в решении вопросов создания сверхпрочных конструкционных конгломератных композитов специального назначения на основе кристаллических субмикроструктурных и наноструктурных матриц [4];

— разработка, исследование и развитие проблем математического моделирования, разработка алгоритмов и программ, информационных технологий в задачах компьютерного материаловедения и оптимизации вариабельных структур строительных композитов — сверхплотных, особо высокопрочных, ультралегковесных, сверхстойких к действию эксплуатационной среды и т.п. [5].

Исследования в указанных направления ведут специалисты образовательного творческого академического центра «Арх-стройнаука» Воронежского государственного технического университета под руководством Е.М. Чернышова. Фундаментальные научные основы компьютерного материаловедения были сформированы в трудах Ю.М Баженова, В.А. Воробьева, А.В. Вознесенского, О.Л.

Дворкина, В.И. Кондращенко, Т.В. Ляшенко, Е.М. Чернышова, Е.С. Шинкевич и др. [2].

BIM-идеи «информационной экономики» в строительстве и современное состояние (реклама и реалии)

Рубеж конца XX века — начала XXI века ознаменовался появлением принципиально нового подхода в архитектурно-строительном проектировании, заключающемся в создании компьютерной модели нового здания, несущей в себе все сведения о будущем объекте и являющейся инструментом контроля за его жизненным циклом — Building Information Model (BIM). BIM называют нашим будущим (рис. 24).

Однако сквозь пиар важно видеть реальное положение дел, которое свидетельствует о том, что зачастую именно маркетинг (а не реальность!) формирует BIM-представление, а большинство людей оперирует скорее рекламными лозунгами, чем пониманием реальных технологий. BIM хорош для

решения проблем формообразования, использования пространства и представления проекта. Его особенности — отличные инструменты визуализации и разрешение конфликтов взаимного расположения объектов (рис. 25).

На рисунке 26 представлена трёхмерная модель комплекса «Лахта-центр» и одного этажа с полным набором инженерного оборудования. Вместе с тем на других этапах проектирования на первое место выходит, например, необходимость формировать компьютерные модели, специально предназначенные для конкретных видов расчётных обоснований [1; 3; 6; 7]. Почти во всех случаях эти модели в принципе невозможно получить из базы данных BIM автоматически, и, следовательно, указанная проблемная область фактически исключается из интегрированного процесса проектирования.

Реализация адекватного контроля за жизненным циклом объекта в рамках BIM также сопряжена с целым рядом принципиальных трудностей. Так, например, для достаточно большого объекта информация об имеющихся дефектах может иметь огромный объём.

В классических методах работы эта информация упрощается, в инженерных отчётах для удобства обозрения и принятия решений, однако «вшивание» её в BIM-модель может быть трудоёмким и неэффективным.

Ещё одной проблемой является получение достоверной оценки технического состояния существующих строительных объектов по результатам их обследований и диагностики. Цифровые технологии позволили применить нечёткую логику для создания экспертных систем, позволяющих получать обоснованные заключения о состоянии объектов и их пригодности для дальнейшей эксплуатации.

Цифровые технологии в экономике строительства

Современное развитие цифровых технологий позволило впервые с января 2018 года создать в Российской Федерации две новые федеральные информационные системы — Федеральную государственную систему ценообразования в строительстве (ФГИС ЦС) и Федеральную государственную систему «Единый государственный реестр заключений» (ФГИС ЕГРЗ).

Основной задачей ФГИС ЦС является мониторинг стоимости строительных ресурсов для каждого субъекта Российской Федерации.

Эта система позволит увеличить точность сметных расчётов благодаря переходу на ресурсный метод составления сметной документации. ФГИС использует новый классификатор и кодификатор строительных ресурсов, который состоит почти из 69 тысяч позиций (материалов, изделий, конструкций, оборудования, машин и механизмов).

Единый государственный реестр заключений (ЕГРЗ) обеспечит доступ к консолидированной информации о заключениях экспертизы в отношении объектов капитального строительства, в том числе в отношении экономически эффективной проектной документации повторного использования; что повысит информационную открытость деятельности экспертных организаций.

«Умные» дом, район, город, регион и страна в понимании умных профессионалов — светлая перспектива

«Умные дома», или интеллектуальные здания, постепенно или постоянно помогают экономить эксплуатационные ресурсы и повышают комфорт находящихся в таких зданиях людей.

«Умный город» — это стратегическая концепция по развитию городского пространства, подразумевающая совместное использование информационно-коммуникационных технологий для управления городской инфраструктурой.

Благодаря использованию датчиков, интегрированных с системой мониторинга в режиме реального времени, данные собираются непосредственно от соответствующих устройств и жителей, после чего обрабатываются и анализируются.

Однако сама идея создания всеобъемлющей городской инфраструктуры, управляемой из единого центра местными властями, отражает модель вертикального городского управления, доведённого до крайности. Сама возможность напрямую соединять людей или устройства стимулирует возникновение новых моделей поведения, в рамках которых в единственном координаторе всего уже нет нужды. Прогнозируется, что с развитием новых систем и моделей поведения, подобная концепция «умного города» уйдёт в прошлое.

Нормотворчество в области информационных технологий — уместно ли и в каких разделах?

В целом, с сожалением приходится отметить невысокое качество нормативных документов, регламентирующих использование информационных технологий и связанных с этим научно-исследовательских работ. Для исправления этой ситуации целесообразно привлечь РААСН не только к экспертизе проектов нормативных документов и выполненных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), но также к формированию и оценке поданных заявок на соответствующий конкурс, проводимый федеральным автономным учреждением «Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве» (ФАУ «ФЦС»).

Именно экспертное сообщество, координируемое РААСН, должно сформулировать для ФАУ «ФЦС» перечень основных направлений и тем, остро необходимых нормативных документов и актуальных НИОКР, а также, возможно, рекомендовать коллективы разработчиков этих документов.

В заключение заметим, что несмотря на перечисленные успехи, следует помнить, что бездумная «цифровизация» может привести нас к тому, с чего мы начали.

1. Белостоцкий, А.М. Научно-исследовательский центр СтаДиО. 25 лет на фронте численного моделирования / А.М. Белостоцкий, П.А. Акимов // International Journal for Computational Civil and Structural. — 2016. — Volume 12. -Issue 1. — P. 8-45.

2. Славчева,Г.С. Структура высокотехнологичных бетонов и закономерности проявления их свойств при эксплуатационных влажностных воздействиях. Автореферат диссертации на со-

искание учёной степени доктора технических наук. 05.23.05 / Г.С. Славчева. — Воронеж: Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, 2009. — 44 с.

3. Травуш, В.И. Численное моделирование физически нелинейной динамической реакции высотных зданий и при сейсмических воздействиях уровня МРЗ / В.И. Травуш, А.М. Белостоцкий, В.В. Вершинин [и др.] // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2016. -Volume 12. — Issue 1. — P. 117-139.

4. Чернышов, Е.М. Некоторые итоги развития научных исследований в области системно-структурного строительного материаловедения и высоких технологий (к 70-летию открытия специальности инженер — строитель — технолог в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете) / Е.М. Чернышов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. — 2014. — Вып. № 2 (9). — С. 3-17.

5. Чернышов, Е.М. Химия, физика, механика в разработке проблем строительного материаловедения и технологий (ретроспекция исследований научной школы кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов к 85-летию Воронежского ГАСУ) / Е.М. Чернышов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. — 2014. — Вып. № 2 (9). — С. 3-12.

6. BeOstosky, A.M. Adaptive Finite Element Models Coupled with Structural Health Monitoring Systems for Unique Buildings /A.M. Belostosky, P.A. Akimov // Procedia Engineering. — 2016. -Vol. 153. — P. 83-88.

7. BeOstotsky, A.M. Contemporary Problems of Numerical Modelling of Unique Structures and Buildings / A.M. Belostotsky, P.A Akimov., I.N. Afanasyeva, T.B. Kaytukov // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. -2017. — Volume 13. — Issue 2. — P. 9-34.

1. BelostotskijA.M. Nauchno-issledovatel’skij tsentr StaDiO. 25let na fronte chislennogo modelirovaniya / A.M. Belostotskij, P.A. Akimov // International Journal for Computational Civil and Structural. — 2016. — Volume 12. — Issue 1. — P. 8-45.

2. Slavcheva G.S. Struktura vysokotehnologichnyh betonov i zakonomernosti proyavleniya ih svojstv pri ekspluatatsionnyh vlazhnostnyh vozdejstviyah. Avtoreferat dissertatsii na soiskanie uchenoj stepeni doktora tehnicheskih nauk. 05.23.05 / G.S. Slavcheva. — Voronezh: Voronezhskij gosudarstvennyj arhitekturno-stroitel’nyj universitet, 2009. — 44 s.

3. Travush V.I. Chislennoe modelirovanie fizicheski nelinejnoj dinamicheskoj reaktsii vysotnyh zdanij i pri sejsmicheskih vozdejstviyah urovnya MRZ / V.I. Travush, A.M. Belostotskij, V.V. Vershinin [i dr.] // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2016. -Volume 12. — Issue 1. — P. 117-139.

4. Chernyshov E.M. Nekotorye itogi razvitiya nauchnyh issledovanij v oblasti sistemno-strukturnogo stroitel’nogo materialovedeniya i vysokih tehnologij (k 70-letiyu otkrytiya spetsial’nosti inzhener — stroitel’ — tehnolog v Voronezhskom gosudarstvennom arhitekturno-stroitel’nom universitete) / E.M. Chernyshov // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudar-stvennogo arhitekturno-stroitel’nogo universiteta. Seriya: Fiziko-himicheskie problemy i vysokie tehnologii stroitel’nogo materialovedeniya. — 2014. — Vyp. № 2 (9). — S. 3-17.

5. Chernyshov E.M. Himiya, fizika, mehanika v razrabotke problem stroitel’nogo materialovedeniya i tehnologij (retrospektsiya issledovanij nauchnoj shkoly kafedry tehnologii vyazhushhih veshhestv i betonov k 85-letiyu Voronezhskogo GASU) / E.M. Chernyshov // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel’nogo universiteta. Seriya: Fiziko-himicheskie problemy i vysokie tehnologii stroitel’nogo materialovedeniya. — 2014. — Vyp. № 2 (9). — S. 3-12.

Источник: cyberleninka.ru

Реферат по информатике на тему «Современные программные комплексы и основы BIM технологии в строительстве»

КОМПЛЕКСЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ

1.1. ПК SCAD Office

1.2. ПК МОНОМАХ

1.3. ANSYS

1.4. APM Civil Engineering

2 BUILDING INFORMATION MODELING (BIM) ТЕХНОЛОГИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цифровые технологии в строительстве Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Травуш Владимир Ильич

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Травуш Владимир Ильич

Текст научной работы на тему «Цифровые технологии в строительстве»

Срок передачи объекта долевого строительства для всех един

Инженерная экономика и сметное дело в строительстве отзывы

Строительство домов из газобетона или пеноблоков что лучше

Используемые в строительстве материалы должны обладать какой теплопроводностью

Исполнительная документация в строительстве требования к оформлению документов

1 виды цен в строительстве и принципы их формирования

Соседи не дают согласие на строительство что делать

Исковое заявление о признании индивидуальное строительство в собственность