Методологія замінності й модульності в розв'язанні проблем проектування будівель та споруд

Визначено, що модуль взагалі - це адитивна матеріальна просторово-часова складова (розрахунково-теоретична або конструктивно-функціональна), що має атрибутивну властивість одиничності щодо вираження або утворення через неї більш складних цілих систем (пізнавальних або речовинних). У розрахунково-теоретичному вираженні модуль - величина, параметр, розмір або коефіцієнт пропорційності, що характеризують сумарність, кратні відношення, координацію похідних від них об'єктів пізнання (дослідження, розрахунку, проектування). В конструктивно-функціональному вираженні модуль - конструктивний елемент, співвідносний з розрахунково-теоретичними ознаками модуля в упредметненому вигляді та виражений як поштучність, відносна функціональна самостійність та можливість утворення більш складних систем.

Узагальнений модуль - підстава симпліфікації, типізації, уніфікації, нормалізації та стандартизації за геометричними, фізико-механічними, теплотехнічними, часовими та будь-якими іншими характеристиками систем, що підлягають властивості адитивності. Зрештою узагальнений модуль застосовуватиметься в різних своїх виявах у сфері серійного виробництва збірних елементів. Він може бути поданий у графічному (наприклад, креслення УТС, УСП) або в аналітичному вигляді, чи бути уречевленим в будівництві, архітектурі, містобудуванні.

Із введенням узагальненого модуля виникає відповідна узагальнена модульна система (як упорядкована сукупність методів, правил, прийомів) та узагальнений модульний принцип (як певна керівна ідея) в архітектурно-будівельному проектуванні. У цих засобах втілюється Узагальнена модульна координація в будівництві (УМКБ) в будь-яких значущих у проектуванні характеристиках якісно-кількісного складу й формо-змістовного вираження елементів та систем в їх взаємодії.

На підставі винаходів із патентного фонду, де був будь-який вияв модульності, проведено їх аналіз під кутом зору різнозамінності з метою систематизації конструктивних, технологічних, розрахункових, компонувальних та інших методів утворення різнозамінної модульності. Систематизацію подано в табличній формі за геометричним чинником багатоманітності.

Далі наведено систематизацію модулів за групами: розрахунковою, об'єм-но-планувальною, конструктивною, функціонально-технологічною, інженерно-будівельною та містобудівельною, з яких надалі використано окремі складові, що безпосередньо відносяться до проектування будівель та споруд.

Узагальнений модуль надає збірним елементам і системам відповідність аксіомі тотожності (2.7) при взаємозамінності й аксіомі різниці (2.10) при різно-замінності за інженерно-будівельним та іншим змістом.

{ЭСnm}Т | Ы {ЭСnm}Т |, (3.1)

{ЭСnm}Р |Ы |, (3.2)

де МО - узагальнений основний модуль, що дорівнює 100 од.

Гіпотеза першоджерела багатоманітності збірних систем одержує додаткове аналогічне підтвердження:

ПИМН Ы [ВСД | (ККС ФСВ) |]| . (3.3)

В узагальненій модульній системі одиничність наперед заданих властивостей елементів може розглядатися на даний час подвійно: по-перше, як порівнянність будь-якої характеристики, що дійсно є одиницею (100Н, 100Н/м, 100кН/м 2, 100Па, 100 років, 1 година та ін.); тут доцільні такі ж похідні модулі, як у МКРБ - роздрібнені й збільшені; по-друге, - коли за одиницю приймається реальне немодульне за величиною розрахункове значення характеристики елемента в системі. Перше властиво елементам, що розраховуватимуться за модульною несучою здатністю згідно з уніфікованим рядом модульних значень зусиль, тобто типовим будівельним конструкціям нового покоління; друге відповідає сучасним типовим конструкціям. Поєднання двох випадків можливе, якщо діючі номенклатури збірних конструкцій замінюються номенклатурами, які розраховано на підставі експлікаційної методології за УМКБ.

Аналіз принципу концентрації матеріалів, який застосовувався з початку індустріалізації в напрямку збільшення геометричних параметрів за нормативною ЄМС, довів, що він в дійсності існує одночасно з протилежним принципом розосереджування матеріалу, тобто має місце один процес, що йде у протилежних напрямках концентрації-розосереджування, поєднаний здобувачем в спільному принципі розподілу матеріалу. Це необхідне для обґрунтування збільшено-роз-дрібних узагальнених модульних параметрів елементів і систем на противагу збільшеним геометричним параметрам (габаритним) згідно з МКРБ.

Запропоновано теоретичну модель модульних збірних систем з різнозамінних елементів, що координована узагальненим модулем. Узагальнену модульну систему утворено шляхом суміщення підпросторової підсистеми координаційних площин з МКРБ (СТ СЭВ 1001-78, зараз - ГОСТ 28984-91) з підсистемами модульних зусиль і модульних навантажень на перекриття і покриття у їх сумарному еквівалентному (від навантаження вітровим тиском) вираженні.

Три складові підсистеми - геометрична, вантажна і силова узагальненої модульної системи підпорядковуються властивості адитивності. Аналізом взаємозв'язку підсистем узагальненої системи виведено аналітичні вирази можливих випадків варіабельності її параметрів (стосовно каркасних схем):

, (3.4)

де Q - рівномірно розподілене модульне навантаження на модульну вантажну площу; b, l - величини збільшення модульних кроків та прольотів системи; q - величина збільшення вантажного модуля (питомого навантаження).

З виразу (3.4) одержано зворотні вирази можливої варіабельності збірної системи:

(3.5)

де n1,n2 - відповідно кількість елементарних вантажних площ у кроку або в прольоті та кількість поверхів будівлі.

Вирази (3.4), (3.5) з різними сполученнями індексів var, const утворюють множину конструктивних варіантів різноманітності збірних систем у їх об'ємно-планувальних, розрахунково-проектних, конструктивно-структурних, організаційно-технологічних та інших складових "гнучкості", що було втілено здобувачем у відповідних винаходах. Зокрема, з цих виразів виходить, що модульні величини можуть бути не тільки збільшеними або роздрібними, а й збільшено-роздрібними водночас згідно з виразом:

{LO, BO, HO} Ы NMГ ± nMГ = (N ±n)MГ, (3.6)

де LO, BO, HO - стандартні геометричні параметри уніфікованих типових габаритних схем збірних будівель та споруд;

N,n - натуральні ряди чисел, причому N " n;

MГ - стандартний основний геометричний модуль, що дорівнює 100 мм.

Вираз (3.6) поширюється відповідно до УМКБ на будь-які інші параметри: навантаження, внутрішніх зусиль, теплотехнічних властивостей тощо.

Відповідно до виразу (3.6) величини геометричних параметрів габаритних і конструктивних схем будівель та споруд, їх конструктивно-планувальних комірок, окремих будівельних конструкцій (несучих, огороджуючих, суміщених) можуть складати, наприклад, такі модульні збільшено-роздрібні ряди: 6,0; 6,1; 6,2 м і далі; 9,0; 9,3; 9,6 м і далі; 12,0; 12,6; 13,2 м і далі та ін. Такі ряди є відповідними до різальних технологій, які в СРСР не знайшли використання. Ці технології - більш високий рівень розв'язання проблеми "одноманітності й багатономенклатурності", що узгоджується з експлікаційною методологією.

Тоді стають можливими такі методи різнозамінності збірних систем, як метод довичерпання та метод компенсації несучої здатності типових будівельних конструкцій, що виправляють їхній недолік - перевитрати матеріалів, що неминучі при уніфікації розмірів виробів. Це суттєво для збірних елементів, запроектованих за УМКБ, що принципово потребують додаткових витрат матеріалів (яких фактично може не бути) у порівнянні із запроектованими за МКРБ.

Здійснено визначення модульної несучої здатності структурного модуля, що розраховується за методом граничних станів, перелічено чинники резервів несучої здатності типових конструкцій щодо можливості застосування узагальненого методу довичерпання-компенсації несучої здатності як методу різнозамінності. Дано також визначення геометричній, вантажній та силовій модульних підсистем УМКБ. Наведено як методичні приклади уніфіковані ряди навантажень від снігового покриву sOМС, вітрового тиску wOМВ, а також навантажень на перекриття будівель qOМП згідно з відповідним розділом СНиП, але в модульному вираженні, де за основний модуль прийнято МС = МВ = МП = 100 Па. Наведено також уніфікований модульний ряд приведеного сумарного навантаження на покриття однопо-верхових виробничих будівель qMМН при МН = 100 Н/м, що містить силову дію вітру в еквівалентному вираженні через модульні розрахункові зусилля в них.

Єдність вантажної і геометричної модульних підсистем відбито у співвідношенні їх параметрів:

, (3.7)

де F - площа перерізу колони як структурного модуля збірної системи каркасу.

Вираз (3.7) дає рішення граничного випадку одно- або багатоповерхових будівель з будь-якою кількістю прольотів і кроків, коли кількість типорозмірів колон в них дорівнює 1, при цьому колона має одиничну модульну несучу здатність як щонайменшу кратну.

З виразів, що наведено вище, всі збірні системи поділені за взаємодією своїх елементів на: адитивні, коли:

Qconst, (qМ MН)var, [(b Ч l) MГ]var, (3.8)

і їм підлегла УМКБ щодо розрахунку елементів з модульною несучою здатніс-тю, при цьому вираз (3.8) є критеріальним; і неадитивні, коли:

Qvar, (qМ MН)var,const, [(b Ч l) MГ]var,const. (3.9)

У розділі дано поняття збільшених і роздрібних та збільшено-роздрібних структурних модулів, розроблено типологію модулів в їх взаємозв'язку з трьома підсистемами УМКБ. Наведено також визначення теплотехнічного модуля огороджувальних елементів та приклади розрахунку їх як багатошарових збірних конструкцій - складених або цілорічних. Запропоновано збільшену методику конструктивно-структурного розрахунку несучих модулів згідно з УМКБ. Дано приклади розрахункового обґрунтування методу нестандартного застосування типових будівельних конструкцій як методу різнозамінності.

Взагалі даний розділ є логіко-методологічною експлікацією теорії модульності, що забезпечує узагальнену модульну координацію елементів та ІБС і, врешті, стає за змістом узагальненою теорією модульності.

У четвертому розділі наведено закон багатоманітності ІБС, зокрема, проведено логіко-семантичну ідентифікацію окремих властивостей та видів замінності збірних серійних елементів, дано систематизацію і формальний опис багатоманітності збірних, поштучних, монолітних та інших систем, а також можливих форм замінності в аспекті квадрата замінності, сформульовано суто закон багатоманітності, його наслідки та вказана область дії.

У зв'язку з мінливістю властивостей елементів у протилежних видах замінності, що мають вияв у збірних ІБС в різних взаємозв'язках, розглянуто характеристики їх ознак щодо оцінки взаємо- і різнозамінності: ідентичність, тотожність, еквівалентність, різність, альтернативність, індиферентність, а також кондиційність і некондиційність. Проведено порівняльну характеристику атрибутивних властивостей видів замінності, які наочніші при крайніх ознаках. Взаємозамінності властиві: імутативність до багатоманітності, однофункціональність в системах, одноцільове застосування, конструктивно-функціональна спеціалізація, індиферентність вибору елементів, технологічна однозначність, інваріабельність параметрів, інваріантність складу, матеріально-речовинна визначеність, однозначність властивостей, спрощеність зв'язків. Для різнозамінності характерні протилежні властивості: електоральність, багатофункціональність, багатоцільове застосування, конструктивно-функціональна універсальність, альтернативність, варіабельність, варіантність, матеріально-речовинна невизначеність, багатозначність властивостей, складність зв'язків.

Своєрідними є автентичні характеристики систем в аспекті різнозамінності, наприклад, закрита-відкрита, видова-міжвидова, галузева-міжгалузева, наскрізна-багаторівнева типи різнозамінності - це відповідні етапи типізації збірного будівництва; укрупнення елементів - схована різнозамінність, роздрібність елементів - явна; утилізація - повторна тощо.

При описанні багатоманітності елементів та ІБС потрібні логіко-понятійні співвідношення певних ознак з точними визначеннями. Так, поняття "поштучність" містить такі ознаки: структурної цілісності (тобто обчислювальності, самостійності існування, зміни власного положення і місцезнаходження), можливості бути складовою частиною більшого цілого, а також попереднім виготовленням. Тоді збірність (на відміну від загальноприйнятого визначення) є окремим випадком поштучності з додатковою ознакою наявності пристроїв щодо кріплення елементів між собою в системи (закладених деталей, анкерів тощо). Виходить, що елементи і системи в будівництві взагалі можна поділити на поштучні ШТ і непоштучні НШ, зокрема: збірні СБ та монолітні МН і немонолітні МН, а також комбіновані КБ. З такими атрибутивними ознаками кожного з класів елементів та ІБС дано логіко-семантичний опис на різному рівні деталізації напрямків індустріалізації виробництва елементів та зведення ІБС з будь-яких речовин за станом (твердих, рідинних, газових і їх комбінацій), причому тут суттєвим є ступінь відповідності елементів та систем формально-логічним ознакам, що містяться в квадраті замінності. Ці положення закладені в нову систематизацію АКТС, зокрема, ІБС з логіко-семантичним описом, у зв'язку з чим введено їх поняття типологічного першопочатку ПТ:

АКТС Й ІБС |® ПТ. (4.1)

За таких умов різнозамінність поділено на такі форми: формальну ЗФР, неформальну ЗНФ (разом - номінальну ЗНМ) та неномінальну ЗНН залежно від рівня відходу ознак систем від логічних основ (або денотат) визначень збірних виробів і складених з них систем:

ЗФР О ЗА ® СБ; ЗА Й ЗВ ЗР;

ЗНФ ® ШТ Й СБ; ЗНМ О ЗФМ ЗНФ ® ШТ Й СБ КБ|ШТ; (4.2)

ЗНН ® НШ Й МН НМ КБ|НШ, при цьому НМ Ы ШТ.

Неномінальна замінність не має конструктивно-технологічних та інших відповідностей формальним основам взаємо- та різнозамінності, але тут присутня будь-яка інша можливість заміни за задоволення певних вимог - соціальних, економічних та ін., щодо яких технічні умови (ТУ) є другорядними. Неномінальна замінність може бути альтернативною, проміжною, комбінованою, довільною. Якщо немає відповідності систем при їх заміні й за такими вимогами, то системи - унікальні (тобто незамінні) та кустарні (тобто непромислові).

Отже, за допомогою квадрату замінності можна утворити будь-які методи замінності (відомі й нові) для будь-яких систем (відомих і нових), що разом з чинниками та їх складовими багатоманітності (див. розділи 2,3) можна застосовувати для творчого проектування в дійсному та віртуальному забезпеченні якісно-кількісного складу й формо-змістовного вираження елементів та їх взаємозв'язку, взаємодії.

Ряд теорій, методів і прийомів утворення відмінностей, що існує в архітектурно-будівельній науці та проектуванні, збігається в окремому законі багатоманітності збірних ІБС, що є підсумком логіко-методологічної експлікації теорій замінності та узагальненої модульності. Цей закон відбиває зв'язок між збірними ІБС та їх конструктивними елементами через дві збільшені підсистеми - Каталог і Номенклатуру. Підсистеми взаємодіють через властивості, методи й принцип замінності та властивість, методи й принцип узагальненої модульності.

Формула закону. Багатоманітність МН збірних ІБС - суть агрегування-конгломерування збірних елементів серійного виробництва, що мають властивість амбізамінності у їх узагальненій модульній координації в системах:

МН Ю Fk({}A {}A ­Ї {}A {}A)|, (4.3)

де д, у - відповідно роздрібні, збільшені елементи.

Формула містить підтверджені дослідженнями гіпотези першоджерела (основи та причини) багатоманітності; відбиває технічний ефект багатоманітності у процесі взаємодії елементів і систем (без останнього ефекту немає); враховано аксіоми тотожності та різниці за формою і змістом. Таким чином, закон відбиває єдність теорії замінності та теорії узагальненої модульності.

Область дії закону багатоманітності збірних ІБС обмежена критерієм адитивності стосовно до будь-яких характеристик, що враховуються під час проектування.

Із закону випливають такі наслідки:

перший - збільшення багатоманітності збірних ІБС в Каталозі КТ забезпечуватиметься завдяки підвищенню технічного ефекту різноманітності Fk, що результативніший через методи різнозамінності МР з ослабленням детермінуючого (тут: стримуючого) впливу УМКБ - МО, оскільки остання знижує відмінності:

Fk {}A | Ю КT ® max,

при Fk ® max, MP |® max и MO |® min; (4.4)

другий - зменшення багатономенклатурності збірних виробів у Номенклатурі НМ забезпечуватиметься шляхом підвищення технічного ефекту різнозамінності Fk, що результативніший через властивість різнозамінності ЗР з підсиленням детермінуючого (тут: регулюючого) впливу УМКБ - МО, оскільки без неї промислове виробництво вироджується в кустарне та унікальне;

{}A | Ю НМ ® min,

при Fk ® max, ЗP |® max и MО | ® max. (4.5)

третій - розв'язання проблеми одноманітності ІБС та багатономенклатурності виробів - це процес, що виник з початком індустріалізації, йде у даний час і буде продовжуватися далі. В останньому ефективність розв'язання проблеми буде вище на експлікаційно-методологічних основах:

{HМ; KТ} | Ю { HМ |; КТ |} ® max - min. (4.6)

Протиріччя, що стосується одночасного ослаблення-підвищення впливу УМКБ, знімається удосконаленням властивостей і методів різних видів та форм замінності, які задовольняють разом протилежні спрямованості розвитку збірних та інших ІБС, зокрема, збільшено-роздрібними узагальненими параметрами (розмірів, міцності, опору теплопередачі тощо) та іншими шляхами і засобами.

Згідно з квадратом замінності при точній відповідності рішень визначенням взаємо- та різнозамінності область дії закону - повнозбірне будівництво, зокрема, збірно-розбірні ІБС. Однак закон має тяжіння до поширення області дії залежно від порушення формальних основ визначень видів замінності та ознак типології АКТС за напрямками індустріалізації. При цьому відповідно "розмивається" і формула закону з тенденцією охоплення багатоманітністю будь-яких незбірних ІБС впритул до кустарних (непромислових) і унікальних (незамінних).

Перевірку експлікаційної методології проведено в п'ятому розділі розв'язанням окремих науково-технічних проблем проектування. Наведено конструктивні рішення, що ґрунтуються на теорії різнозамінності (формальній і неформальній); те ж на теорії узагальненої модульності, а також рішень з неномінальній різнозамінністю. Дано систематизацію методів різнозамінності і відзначені особливості методичного аналізу збірних ІБС з різнозамінних елементів.

Вірогідність принципу різнозамінності обґрунтовано на прикладі збірно-розбірних будівель шахтної поверхні. Виявлено їх конкретні науково-технічні проблеми - недосконалість конструкцій та дефіцит обіговості. Останнє спричинене технологічною потребою різновидів будівель, що зумовлюють розвинену номенклатуру елементів, особливо при збільшених УТС. При цьому повторність застосування УТС вилучається, що робить недоцільним серійне виробництво.

Низкою конструктивних рішень втілено зовнішню та внутрішню, повну і часткову, загальну і групову різнозамінність. Методом рекомбінаторики окремих елементів і систем з них (універсальних секцій-пакетів - УСП) знято проблему дефіциту обіговості, при цьому одночасно застосований узагальнений метод агрегування-конгломерування УСП в екзогенному-ендогенному напрямках із збільшенням-роздрібненням систем та об'єднанням-розподіленням їх функцій. В результаті з УСП для збірно-розбірних будівель будь-якого призначення одержано коефіцієнти відносної та абсолютної багатоманітності відповідно: = 9, = 10,5, які можуть бути ще більшими.

Мобільним будівлям контрейлерних типів (як і збірно-розбірним) притаманна конкретна проблема збільшення їх об'ємів та площ, оскільки цьому перешкоджають транспортні габарити. Проблему розв'язано відомим методом трансформації, який згідно з квадратом замінності (діагоналлю €АО), визначається як метод формальної різнозамінності. Рішеннями збільшується об'єм або площа будівель в 2-3 рази. Застосовано прийоми співвідношень геометричних параметрів і конвенційних прив'язок до осей.

Проблему одноманітності габаритних параметрів тришарнірних рам сільськогосподарських будівель розв'язано суміщенням методів елементарної диверсифікації і комбінаторики, що забезпечили коефіцієнти багатоманітності Кбабс, відн = 25 (без обмежень на перевитрати матеріалів). Таким чином знімається протиріччя між серійним виробництвом елементів та "індивідуальними" збільшено-роздрібними параметрами (габаритними, несучої здатності) каркасів завдяки гнучким і різальним технологіям.

Висвітлено вірогідність методу нестандартного застосування типових виробів, що згідно з квадратом замінності відповідає сторонам €АІ або €ЕО, але при зміні ТУ роботи при експлуатації (між блоками €А та €І або €Е та €О). Цим методом різнозамінності збільшується обсяг попиту або умовно зменшується потрібна номенклатура в галузі. Прикладом реалізації методу є розв'язання класичної в архітектурній науці "проблеми торця" щодо фахверкових стін типових промислових будівель. Проблему знято спільно з методом елементарної диверсифікації. Рішеннями спочатку зменшена висота, а потім вилучені зовсім фахверкові колони з фундаментами, далі - основні колони каркасу будівлі. Останнє досягається стінними панелями, що розташовані вертикально, їх перемичковими або рядковими типами. Заощаджується 2,4 т прокату на одну середньопрольотну будівлю; кошторисна вартість зменшується до 75 %. Рішення підтверджують доцільність різальних технологій у виробництві огороджуючих елементів зі збільшено-роздрібними розмірами.

Теорію узагальненої модульності перевірено рішеннями, в яких застосовані прийом прив'язки, що віддаляється, метод варіабельності параметрів - кроків та прольотів, а також структурного складу елементів відповідно до виразів (3.4), (3.5). Наприклад, в узагальненому методі довичерпання-компенсації несучої здатності, що є окремим випадком методу варіабельності параметрів, використовується вираз:

Вф = (Qc / Qф)Вс, (4.7)

де Вф, Вс - фактичний і стандартний кроки зі збільшено-роздрібними величинами розмірів;

Qф, Qс - те ж навантаження; останні можуть бути в модульному виразі МН.

Варіабельність кількості збірних модулів nМ складеної структури з модульною несучою здатністю їх елементів має вираз:

nМ = Му / m, (4.8)

де Му - найбільше зусилля у складеній структурі від навантаження із уніфікованого модульного ряду МН;

m - модульне (одиничне) зусилля у структурному модулі - збільшене, роздрібне.

Вирази (4.7), (4.8) забезпечують різнобічну "гнучкість" каркасів, зокрема, розрахунково-проектну. При невідповідності критеріальному виразу (3.8) застосовуються конструктивні заходи щодо усунення нелінійних чинників та приведення систем до адитивності.

Стосовно до багатоповерхових будівель розроблено поздовжню раму з одним типорозміром колони, яка має найменшу кратну модульну несучу здатність у відповідності з виразом (3.7). Наведено також приклади конструкцій і розрахунки багатошарових стінних панелей (складених та суцільних) з модульними теплотехнічними властивостями.

Неномінальну різнозамінність ілюстровано низкою альтернативних рішень стосовно реконструкції 5-поверхових великопанельних типових будинків. Їх довговічність орієнтовно збільшується до 1,25МД... 1,5МД і більше (МД - модуль довговічності, що дорівнює 100 рокам) згідно з науково-конструктивною концепцією реконструкції, яку розроблено.

Далі в розділі подана зведена класифікація методів різнозамінності, до якої увійшли (окрім вже згаданих), наприклад, конструктивно-технологічна група: варіабельність властивостей (матеріалів, несучої здатності та ін.), модифікацій, інвертування та конвертування, непримушеного підсилення конструкцій, спрямованого руйнування, додаткових деталей тощо. Методи охарактеризовано семантичним описом у взаємозв'язку їх суттєвих ознак на різних стадіях існування ІБС та ілюстровано винаходами здобувача.

Розглянуто методичні особливості аналізу повнозбірних ІБС з різнозамінних елементів, а саме: інженерно-будівельних розрахунків несучої здатності, в тому числі модульної; рівня типізації та уніфікації; техніко-економічного порівняння. Зокрема, рівень типізації та уніфікації вимірюється коефіцієнтами абсолютної та відносної багатоманітності або (різнозамінності) за співвідношенням кількостей різновидів у системах та відмінностей, що з них можливі:

(4.9)

,(4.10)

при ,

де - кількість варіантів збірних систем, що утворюються елементами в еквівалентному співвідношенні; nв, mв - тип і типорозмір взаємозамінних елементів; nр,mр - те ж різнозамінних.

ВИСНОВКИ

1. Типове проектування з початку індустріалізації (в СРСР) було спрямовано на ліквідацію багатоманітності будівель та споруд з метою підвищення ефективності масового будівництва. Проблема їх одноманітності, що виникла, набуває актуальності з переходом на збірний напрямок індустріалізації з боку багатономенклатурності будівельних конструкцій.

Численні методи типізації та уніфікації у проектуванні не забезпечили необхідного розв'язання проблеми "одноманітності й багатономенклатурності".

Це зумовлене тривалим застоєм у методології типового проектування її головних положень про взаємозамінність й геометричну модульність, що відбиває механістичність основ. Зміні такого стану перешкоджало адміністрування в теорії типового проектування, однобічний розвиток індустріалізації в збірному напрямку, перегин в досягненні повнозбірності в будь-яких галузях будівництва. Але найголовнішим є брак діалектичного методу і системного підходу дослідження, без яких неможлива розробка методології типового проектування, єдиної для архітекторів, будівельників і технологів. замінність модульність координація проектування

У нових умовах в Україні при кризі будівельної галузі, що є найгострішою для ДБК, заводів ВПД та інших підприємств збірної будівельної промисловості, усунення причин гальмування розвитку різних напрямків індустріалізації є вельми актуальним. В історико-логічному русі докорінне зрушення в методології типового проектування можливе, однак, на підставі щонайвищого рівня промислового виробництва, який має в галузі саме повнозбірне будівництво. Тому логіко-методологічна експлікація, яка назріла, може бути здійснена лише на підставі удосконалення теоретичних положень останнього.

Експлікаційна методологія надає Україні пріоритету в науковому обґрунтуванні перспективи розвитку проектування будівель та споруд з промислових серійних виробів, в якому збірний типовий напрямок обійме доцільні області й обсяги застосування разом з іншими. Останнім він об'єктивно сприятиме як різновидам різного рівня розвитку ІБС (розділ 1).

2. У результаті теоретичних досліджень одержано експлікаційно у методологію архітектурно-будівельного проектування. Вона сформована двома складовими - теорією замінності й теорією узагальненої модульності збірних систем. Разом ці теорії як відповідно форма та зміст систем в їх конструктивно-технологічному зв'язку забезпечують виведення закону багатоманітності збірних систем в розв'язанні провідної науково-технічної проблеми - збільшення багатоманітності ІБС при скороченні номенклатури елементів промислового виробництва (розділи 2,3):

2.1) у теорії замінності дано пояснення і описання різних рівнів складності окремих властивостей взаємо-, різно- і амбізамінності збірних елементів, що розглядаються як технічне явище. Диференціація форм замінності відбиває відповідні властивості тотожності й різниці елементів і систем, а також єдність їх як протилежностей. Встановлено початкову основу і причину (першоджерело) походження тотожностей і різниць у збірних системах, викрито технічний ефект багатоманітності, що виникає при взаємодії елементів і зростає з розвитком збірних ІБС, а також вияв цього ефекту в залежності від видів і форм замінності. Встановлені й систематизовані чинники утворення багатоманітності збірних та інших ІБС (розділ 2);

2.2) теорія узагальненої модульності збірних ІБС містить узагальнену модульну координацію (систему) в будівництві - УМКБ, що включає в проектуванні несучих елементів три модульних підсистеми - геометричну (в існуючій МКРБ з додатком про збільшено-роздрібні геометричні параметри), вантажну і силову. Підсистеми знаходяться у взаємозв'язку їх якісно-кількісного складу й формо-змістовного вираження як першоджерела тотожності й різниці конструктивних елементів та збірних ІБС, що одержуються через властивості взаємо- і різнозамінності (разом - амбізамінності) в узагальненому модульному вираженні. Можливі інші модульні підсистеми: теплотехнічна, довговічності тощо. Узагальнена модульна координація у збірних ІБС постає як їх технічна сутність (розділ 3);

2.3) окремий закон багатоманітності збірних ІБС втілюється у процесі одночасного розвитку двох адитивних підсистем - сукупності стандартних елементів - Номенклатури і множини агреговано-конгломерованих утворень з них - Каталога. Обидві підсистеми мають властивість амбізамінності в практично значущих у проектуванні узагальнених модульних технічних умовах. Межі дії закону визначені підпорядкованістю властивості адитивності в будь-якому якісно-кількісному складі й формо-змістовному вираженні збірних елементів і систем (розділ 4).

3. На підставі результатів теоретичних досліджень розроблено методичні положення щодо проектування й конструювання будівель та споруд:

збільшені методики конструктивно-структурного розрахунку несучих, а також огороджуючих елементів, що засновані на принципах різнозамінності й узагальненої модульності (розділ 3);

методику конструювання збірних ІБС, що заснована на зведеній систематизації чинників і їх складових утворення різнозамінності (розділ 2) і зведеній класифікації методів забезпечення різнозамінності (розділ 5);

основи логіко-семантичної систематизації архітектурно-конструктивно-технологічних систем (АКТС) з типологічно різних елементів, переважно індустріально-будівельних систем (ІБС) з серійних промислових виробів, які зближують багатоманітність збірних та інших ІБС до індивідуальних систем в будівництві (ІДБ) при обмеженні номенклатур виробів;

словник понять і термінів (з 71 статті) експлікаційних основ проектування збірних та інших ІБС.

Есплікаційна методологія проектування (пп. 2, 3) відбиває гносеологічну спільність архітектурної, будівельної і технологічної спеціальностей фахової діяльності в діалектичній версії.

4. Розв'язані конкретні науково-технічні проблеми, що є обґрунтуванням достовірності теоретичних досліджень та методичних розробок: дефіциту обіговості комплексу виробничих збірно-розбірних будівель спільно із збільшенням їх багатоманітності при скороченні номенклатури елементів; негабаритності контрейлерних будівель виробничо-побудового призначення; недостатньої варіабельності габаритних схем тришарнірних рам сільськогосподарських та інших будівель; знижки перевитрат матеріалів в типових конструкціях завдяки застосуванню збільшено-роздрібних модульних розмірів при уніфікації; спрощення фахверкових стін промислових будівель та суттєва (до 75 %) знижка їх матеріаломісткості; підвищення довговічності та експлуатаційних властивостей типових повнозбірних 5-поверхових будинків їх реконструкцією; удосконалення різних будівельних конструкцій, будівель та споруд.

5. Наукове й практичне використання визначено впровадженням підприємствами проектно-конструкторських розробок й винаходів і застосуванням науково-дослідними та проектними організаціями, а також навчальними закладами теоретичних результатів і методичних положень (розділ 5 та ін.), що були перелічені в загальній характеристиці дисертації. Головним результатом є наукове обґрунтування передумов розробки Номенклатури типових виробів і Каталога будівель та споруд, які цілком задовольнятимуть потреби суспільства в будь-яких збірних й інших побудовах на основі експлікаційної методології проектування. Це постає як подальший етап розвитку типізації та уніфікації, який має в практиці типового проектування вже певні ознаки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Брошури:

1. Романенко И.И. Сборно-разборные здания / Уч. пос. - К.: УМК ВО, 1992. - 96 с.

2. Романенко І.І. Крупнопанельні п'ятиповерхові житлові будинки (підсилення, реконструкція, модернізація) / Навч. посібн. - К.: ІСДО, 1995. - 132 с.

Статті у наукових виданнях:

1. Романенко И.И., Брегман Г.М. Универсальные секции-пакеты сборно-разборных зданий шахтной поверхности // Шахтное строительство. - М.: Недра, 1978. - №12. - С. 15-17.

2. Романенко И.И. О принципах унификации и типизации в сельскохозяйственном строительстве // Сб. науч. тр.: Строительные конструкции сельскохозяйственных зданий и сооружений / МИИСП. - М., 1979. - С. 63-68.

3. Романенко И.И. Конструктивная реализация принципа разнозаменяемости при проектировании сельскохозяйственных зданий // Сб. науч. тр.: Совершенствование методов проектирования, изготовления и возведения сельскохозяйственных сооружений / МИИСП. - М., 1986. - С. 11-14.

4. Романенко И.И. Основные положения методики расчета разнозаменяемых конструкций // Сб. науч. тр.: Исследование оснований и конструкций сельскохозяйственных сооружений и методов их изготовления и проектирования / МИИСП. - М., 1987. - С. 18-22.

5. Романенко И.И. Конструктивные решения (альтернативные) по реконструкции крупнопанельных пятиэтажных жилых домов // Сб. науч. тр.: Повышение эффективности и надежности систем городского хозяйства / ХГАГХ. - К.: ИСИО, 1994. - С. 36-38.

6. Романенко И.И. "Нестандартное " применение сборных типовых изделий как форма повышения эффективности конструктивно-строительных систем // Сб. науч. тр.: Эксплуатация и ремонт зданий и сооружений городского хозяйства / ХГАГХ. - К.: ИСИО, 1995. - С. 58-61.

7. Романенко И.И. Проектирование реконструкции и строительства объектов коммунального хозяйства на основе обобщенной модульной системы // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. -техн. сб. - К.: Техніка, 1996. - Вып. №5. - С. 74-75.

8. Романенко И.И. Теоретическая модель развития сборных архитектурно-строительных систем // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. - техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып. №7. - С. 4-5.

9. Романенко И.И. Технический эффект многообразия в сборных архитектурно-строительных системах // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. - техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып. №7. - С. 8-10.

10. Романенко И.И. Диалектический квадрат заменяемости в методологических основах проектирования архитектурно-строительных систем // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. - техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып. №7. - С. 10-13.

11. Романенко И.И. Модульная координация в строительстве в диалектическом анализе // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. - техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып. №9. - С. 27-28.

12. Романенко И.И. Закон многообразия сборных архитектурно-строительных систем // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. - техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып. №9. - С. 179-180.

13. Романенко И.И. Методологическая экспликация взаимозаменяемости в сборных архитектурно-строительных системах // Сб. науч. тр.: Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1997. - Вип. №1. - С. 93-94.

14. Романенко И.И. Диалектические методы разнозаменяемости в развитии сборных архитектурно-строительных систем // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. -техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып.№11. - С. 75-79.

15. Романенко И.И. Разнозаменяемость структурных модулей с модульными теплотехническими свойствами // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч. -техн. сб. - К.: Техніка, 1997. - Вып.№11. - С. 159-163.

16. Романенко И.И. Об источнике многообразия сборных систем в архитектурно-строительном проектировании // Сб. науч. тр.: Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1998. - Вип. №2. - С. 151-152.

17. Романенко И.И. Систематизация факторов многообразия индустриальных архитектурно-строительных систем / Сб. науч. тр.: Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1998. - Вип. №2. - С. 152-159.

18. Романенко И.И. Теоретическая модель обобщенной модульной координации сборных архитектурно-строительных систем / Сб. науч.тр.: Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1998. - Вип. №2. - С. 160-168.

19. Романенко И.И. Терминология экспликационно-методологических основ проектирования индустриально-строительных систем (ИСС) // Сб. науч. тр.: Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1998. - Вип. 4. - С. 175-191.

20. Цимбал А.Д., Романенко И.И. Временные сборно-разборные здания из унифицированных типовых секций // Проектирование и строительство угольных предприятий: Науч. - техн. реф. сб. / ЦНИЭИуголь. - М., 1968. - № 6(114). - С. 43-48.

21. Романенко И.И. Инвентарным зданиям - новое качество // Строительство предприятий угольной промышленности: Науч. - техн. реф. сб. / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - М., 1977. - Вып.2 (217). - С. 5.

22. Романенко И.И., Брегман Г.М. Организация серийного производства и прокатных баз инвентарных зданий // Строительство предприятий угольной промышленности: Науч. - техн. реф. сб. / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР, - Донецк, 1979. - №2 - С. 16-17.

Авторські свідоцтва, патенти:

1. А.с. 796353 СССР, МКИ Е 04С 2/26. Панель ограждения сборно-разборных зданий и сооружений / И.И. Романенко (СССР). - № 2736303/29-33; Заявлено 11.03.79; Опубл. 15.01.81, Бюл. № 2. - 4 с.

2. А.с. 1165754 СССР, МКИ Е 04B 1/18, 1/24. Способ образования рам / И.И. Романенко (СССР). - № 3468773/29-33; Заявлено 13.07.82; Опубл. 07.07.85, Бюл. № 25. - 3 с.

3. А.с. 1652475 СССР, МКИ Е 04B 1/18. Продольная рама каркаса многоэтажного здания / И.И. Романенко (СССР). - № 4363695/33; Заявлено 13.01.88; Опубл. 30.05.91, Бюл. № 20. - 2 с.

а також: 604907, 636325, 659698, 711245, 718557, 721514, 724638, 740918, 755992, 787608, 844703, 853036, 874915, 926158, 926191, 947282, 947318, 973752, 983216, 998710, 1032101, 1032103, 1063941, 1087620, 1196482, 1206395, 1227796, 1244264, 1249134, 1265270, 1284476, 1454923, 1472596, 1550056, 1569389, 1617106, 1633053, 1636558, 1686083, 1728451, 1768046, 1793032; 1824489 (пат. СССР); 1823907 (пат. РФ), 2004742, 2005144, 2008426, 2020220, 2026918, 2047709; 12510 (пат. України), 13777, 17566, 18203, в окремих з яких є співавтори (колективи):

Башкіров Є.В., Брегман Г.М., Гамідов Р.М. (студ.), Гарагатий О.І., Геращенко А.І. (студ.), Глушкова Л.І., Губкін В.О., Губкін І.В. (студ.), Дюдюк І.І., Журавченко М.П., Килимов В.Л., Кодін В.О., Колєснікова Л.І., Крицький В.М., Куменко В.І. (студ.), Левенко В.Ф., Мартиненко М.М., Массалітіна О.Є.(студ.), Мельникова Л.А., Мітасов Є.Т., Моісеєнко Ю.Г., Олігов І.В., Пихтін Б.М., Покозій С. Й., Пустовойтов В.П., Романенко В.І., Семенов В.Т., Стонога О.В. (студ.), Тимошенко С. П., Філін В.І., Харченко В.Г., Харченко Г.Г. (студ), Хасан А.Х. Д., Цюпак О.В., Череповський А.П., Яковлева Т.О.

Навчальні видання (інноваційні):

1. Контейнерные и передвижные здания / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 633. - 58 с.

2. Ограждения проемов (в стенах производственных зданий): Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1991. № 689. - 37 с.

3. Каркасы зданий: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 775. - 64 с.

4. Покрытия зданий: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 776. - 80 с.

5. Крупнопанельные стены: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 777. - 68 с.

6. Торцевые стены: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 802. - 40 с.

7. Архитектурно-конструктивные элементы здания (Перегородки. Летние помещения. Лестницы): Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 806. - 52 с.

8. Усиление конструкций производственных и гражданских зданий: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 816. - 44 с.

9. Архитектурно-конструктивные элементы оборудования и благоустройства: Уч. изд. / И.И. Романенко. - Харьков: ХИИГХ, 1993. № 834. - 64 с., а также: №№ 514, 522, 603, 690, 704.

Інформаційні листки про науково-технічні досягнення:

1. Романенко И.И. Покрытие производственного здания / УкрНИИ НТИ и ТЭИ Госплана УССР, Харьковский межотрасл. террит. ЦНТИ, 1985. - № 85-76. - 5 с.

2. Романенко И.И. Перегородка / УкрНИИ НТИ и ТЭИ Госплана УССР, Харьковский межотрасл. террит. ЦНТИ, 1985. - № 85-89. - 3 с.

3. Романенко И.И. Способ возведения фундамента малоэтажных зданий, сооружений / УкрНИИ НТИ и ТЭИ Госплана УССР, Харьк. межотрасл. террит. ЦНТИ, 1986. - № 86-112. - 2 с.

Тези доповідей:

1. Романенко И.И. О методологических основах архитектурно-строительного проектирования // Сб.: XXVIII науч. - техн. конференция преп., асп. и сотр. ХГАГХ: Строительство и экология. - Харьков, 1996. - С. 79-80.

2. Романенко И.И. Об изобретательстве в учебном процессе в текущих социально-экономических условиях // Сб.: XXVIII науч. - техн. конференция преп., асп. и сотр. ХГАГХ: Строительство и экология. - Харьков, 1996. - С. 74-75.

АНОТАЦІЯ

Романенко І.І. Методологія замінності й модульності в розв'язанні проблем проектування будівель та споруд.

Дисертація - рукопис на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди.

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава, 1998.

Проведена логіко-методологічна експлікація основ проектування по відношенню до властивостей (методів, принципів) взаємозамінності й модульної координації розмірів у будівництві. Експлікаційни основи містять діалектичну концепцію теорії замінності (включаючи різно- і амбізамінність) та теорію узагальненої модульності (з координацією несучої здатності та ін). Знайдено технічний ефект багатоманітності збірних систем, сформульовано окремий закон їх багатоманітності, розроблено зведену типологію методів різнозамінності. Проведено обґрунтування експлікаційних основ проектування конструктивними розробками автора.

Ключові слова: архітектурно-будівельне проектування, типізація та уніфікація, взаємозамінність, модульна координація, номенклатура елементів, багатоманітність систем.

ANNOTATION

Romanenko I.I. Methodology of changeability and modulity in solution of problem building design.

The thesis (dissertation) is a manuscript submitted for a Technical Degree of Doctor of Science in specialty 05.23.01 - Building Constructions, Buildings and Structures.

Poltava Technical University, named after Yriy Kondratyuk, Poltava, 1998.

The logical and methodological explification of design principles in relation to characteristics (methods, principles) of inter changeability and module dimensions coordination in building construction has been carried out. The explicative principles include dialectical conception of changeability theory (with an inter - and ambychangeability) and the general module theory (with module coordination of bearing characteristics etc.). The technical effect of diversified precast systems has been discovered, the particular law of precast systems diversity has been defined, the composite typology of diversity methods has been given. The verification of explicative design principles by the author's constructive elaborations has been carried out.

Key words: Architectural and building design, typification and unification, inter changeability, module coordination, nomenclature of elements, diversity of systems.

АННОТАЦИЯ

Романенко И.И. Методология заменяемости и модульности в решении проблем проектирования зданий и сооружений.

Диссертация - рукопись на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения.

Полтавский государственный технический университет имени Юрия Кондратюка, г. Полтава, 1998.

Содержание диссертации. Введение. Область исследования - нормативные основы типового проектирования зданий и сооружений. Показано отставание методологии этих основ от практики проектирования и строительства, обусловливающее необходимость их логико-методологической экспликации.

Первый раздел. Проведен истоpико-логический анализ типизации и унификации в промышленном серийном производстве строительных конструкций зданий и сооружений, а также этапов (стадий, уровней) развития проблемы их "однообразия и многономенклатуpности", решение которой неэффективно при размежевании строительной науки на архитектурную, инженерную и технологическую специализации, произошедшем в результате двух НТР. Отражены: полносборное направление строительства как доминирующее в период индустриализации страны во всех отраслях народного хозяйства, что является следствием односторонней технической политики; преобладающий (ранее единственный) административный принцип типологии зданий и сооружений; механистичность важнейших категорий взаимозаменяемости и геометрической модульности строительных конструкций, зданий и сооружений; тенденция укрупнения их габаритных модульных параметров, реализовавшаяся до технически возможных пределов и дp. Выдвинута основная гипотеза, что усовершенствованные теория заменяемости и теория обобщенной модульности совместно являются необходимыми и достаточными составляющими экспликационной методологии как следующего этапа или более высокого уровня развития основ типового (и нетипового) проектирования с эффективным решением проблемы. Однако это возможно при системном подходе и диалектическом методе исследования.

Второй раздел посвящен разработке теории заменяемости. Предложен и обоснован первоисточник (основа и причина) одно- и разнообразия элементов и систем как качественно-количественный состав и фоpмо-содеpжательное выражение их во взаимосвязи, взаимодействии. Введены понятия аксиом тождества и различия, дан диалектический анализ и синтез изменения многообразия индустриально-строительных систем (ИСС) из номенклатуp сборных и других элементов. Выявлено сложное содержание, иерархичность и единство атрибутивного свойства заменяемости как взаимо-, pазно- и амбизаменяемость. Обнаружен технический эффект многообразия развивающихся ИСС - возникновение нового результата, "скачка" в образовании различий на всех уровнях изменений во множестве элементов при взаимодействии последних в ИСС. Открыт диалектико-логический квадрат заменяемости сборных элементов с регламентированными ТУ на их промышленное производство. Квадрат заменяемости - диалектическая "проекция" аpистотелевой логики на сферу серийного производства общества; дает научное объяснение реальным и эвентуальным полносборным ИСС, а также любым аpхитектуpно-констpуктивно-технологическим системам (АКТС) из промышленных изделий. Предложены методы решения проблемы "специализированными" на pазнозаменяемой составляющей свойства амбизаменяемости, обеспечивающие различия (а не тождества) в ИСС. Теория заменяемости - отражение ИСС по форме заменяемости (свойства, методов, принципа) как технического явления.

В третьем разделе ИСС рассмотрены в их модульной координации, которая должна быть также более сложной в инженерном и других отношениях. Даны анализ и обобщение свойств модуля в аспекте промышленных изделий и систематизация модулей в типовом проектировании. Предложена обобщенная модульная координация в строительстве (ОМКС) или система, включающая для строительных конструкций геометрическую, грузовую и силовую подсистемы, а также другие - теплотехническую, долговечности и т.д. Проведено исследование модели полносборной обобщенно-модульной системы в отношении вариабельности различных, включая геометрические, параметров, позволившее предложить укpупненно-дpобные параметры строительных конструкций, зданий и сооружений. Разработаны методы pазнозаменяемости на основе ОМКС, приведены примеры структурно-компоновочных расчетов несущих и ограждающих конструкций. Теория обобщенной модульности - отражение ИСС по содержанию модульности (свойства, методов, принципа) как технической сущности.

Четвертый раздел. Раскрыты методические особенности идентификации частных видов (взаимо-, pазно-, амби-) и фоpм заменяемости: формальной, неформальной (вместе - номинальной) и неноминальной как разной степени отступления от фоpмально-логических оснований и логико-семантических денотат, выраженных архитектурно-констpуктивно-технологическими признаками элементов и систем. Проведена систематизация и описание многообразия АКТС, преимущественно ИСС, для чего введено понятие типологического первоначала многообразия их развития на векторе НТП. Сформулирован специфический закон многообразия ИСС, приведены три его следствия и указана область действия в пределах аддитивности свойств обобщенно-модульных амбизаменяемых элементов в полносборных ИСС. Показана тенденция расширения области действия закона соответственно "отходу" от оснований квадрата заменяемости и описания им любых ИСС и АКТС вообще вплоть до уникальных (несерийных) и кустарных (непромышленных).

...