Технологічні основи зведення монолітних залізобетонних каркасів у висотному житловому будівництві

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Технологічні основи зведення монолітних залізобетонних каркасів у висотному житловому будівництві

Бадеян Гагік Ванікович

УДК 693.5:624.012.44

Спеціальність 05.23.08 -- Технологія промислового і цивільного будівництва

Київ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант

Заслужений будівельник України, доктор технічних наук, с.н.с.,

МХІТАРЯН Нвер Мнацаканович,

Голова корпорації “Познякижилбуд”

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Торкатюк Володимир Іванович, професор Харківської державної академії міського господарства;

- доктор технічних наук, професор Дюженко Михайло Георгієвич, професор кафедри механізації будівельних процесів Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури.

- доктор технічних наук, професор Шрейбер Андрій Костянтинович, віце-президент Російської інженерної академії.

Провідна установа - Науково-дослідний інститут будівельного виробництва Держкомітету будівництва, архітектури та житлової політики України, м.Київ.

Захист відбудеться 31.01.2001 р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.03 Київського національного університету

будівництва і архітектури, м. Київ, Повітрофлотський пр-т, 37

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: м. Київ, Повітрофлотський пр-т, 37

Автореферат розісланий 28.12.2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д26.056.03, к.т.н., доцент Шебек М.О.

Загальна характеристика роботи

монолітний залізобетонний будівництво

Сутність науково-прикладної проблеми, розглянутої в роботі, полягає в розробці технологічних основ монолітного каркасного висотного житлового будівництва. Рішення здійснюється на основі системного підходу і полягає в розробці цілісної, відкритої, організованої технологічної системи, що включає комплекс інноваційних технологічних і організаційних складових, які охоплюють усі стадії зведення монолітних каркасних висотних житлових будинків. Можливість її реалізації є науковою гіпотезою.

Практичним результатом рішення проблеми є розробка і функціонування технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва.

Сучасний стан технології та організації монолітного домобудівництва в Україні не відповідає світовому рівню. Теоретичні дослідження є недостатніми в області моделювання й оптимізації технологічних систем і практичних рекомендацій з їх функціонування. Це приводить до відсутності обґрунтованих варіантів технологічних рішень, які дозволяють зменшити трудові і фінансові витрати при забезпеченні високої якості продукції.

Значущість проблеми визначається:

1. Масштабністю існуючого монолітного будівництва (до 250 млн. у.о. в рік для Києва і Москви), через що впровадження комплексу інноваційних заходів дозволяє одержати істотний ефект.

2. Існуючою і прогнозованою на тривалу перспективу тенденцією збільшення частки монолітного житлового будівництва. Вона обумовлена економічними реформами, що приводять до диференціації ринку житла і появи потреби в розробці нестандартних і поліпшених архітектурних і об'ємно-планувальних рішень. У таких умовах перевага монолітних технологій - можливість створення різноманітних форм і гнучких рішень - здобуває вирішального значення. Це ж відноситься і до будівництва унікальних суспільних споруд.

3. Відносно низкою потребою в індустріальній базі. Скорочення обсягу первинних капіталовкладень, що випливає звідси, важливо і при освоєнні нових територій.

4. Перевагами монолітних конструкцій у сейсмонебезпечних і потерпілих від стихійних лих районах.

5. Значимістю концепції системи, її моделей, методів дослідження, теоретичних положень, стратегії оптимізації, деяких прикладних рекомендацій для інших технологічних систем будівництва.

У будівельній галузі України мають місце всі перераховані передумови. Звідси випливає, що впровадження результатів роботи приводить до вирішення проблеми, що має важливе галузеве, регіональне і загальнодержавне значення.

Необхідність розробки теми обумовлена:

· практичними потребами монолітного будівництва;

· недостатністю існуючих теоретичних розробок;

· наробітками в області технології промислового і цивільного будівництва, математичного моделювання, оптимізації;

· новизною і масштабністю розглянутої проблеми.

Актуальність. Економічний розвиток України вимагає нових підходів до проблеми житлового будівництва. Будівельна галузь зазнає негативного впливу від інфляції, падіння реальних доходів населення при їхній диференціації, зменшення державного фінансування, різких змін економічної політики. В умовах, що склалися, необхідна трансформація складових будівельного комплексу - відмова від надмірної уніфікації об'ємно-планувальних і конструктивних рішень, більша відкритість технологічним новаціям, гармонізація відносин всередині галузі і з партнерами. Звернення до світового досвіду показує, що при зростанні розмаїтості об'ємно-планувальних і конструктивних рішень перевага віддається зведенню житлових будинків з монолітних залізобетонних конструкцій. Однак досягненню світового рівня перешкоджає сучасний стан усього комплексу складових монолітного будівництва.

Для удосконалювання цього комплексу існуючі наукові розробки недостатні. Це відноситься, насамперед, до принципу індустріалізації монолітного будівництва, який не відповідає економічній політиці, організаційним формам, що випливають з ринкових відносин, світовому досвіду, соціальним задачам і, отже, не може застосовуватись в сучасних умовах.

Існують чималі резерви удосконалювання технології монолітного будівництва, що дозволяють позбавити її від високої трудомісткості. Як показують результати впровадження, трудомісткість, собівартість і матеріалоємність будинків з монолітного залізобетону в порівнянні з будинками зі збірних залізобетонних конструкцій можуть бути істотно знижені.

Таким чином, проблема створення технологічних основ монолітного каркасного висотного житлового будівництва актуальна в науковому і в прикладному аспектах.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до: "Основних напрямків соціальної політики на 1997-2000 роки", згідно Указу Президента України від 18.10.1997, № 1166; Наказом ДержбудуУкраїни "Комплекс коротко- і довгострокових заходів, спрямованих на збільшення обсягів виробництва конкурентоздатної продукції, проведення структурних перетворень у будівельному і житлово-господарському комплексі, створення нових робочих місць, підвищення прибутковості державної діяльності, забезпечення своєчасного проведення розрахунків з бюджетом і виплати заробітної плати" від 28.12.1999, № 313; Наказом Держбуду "Про першочергові заходи щодо реалізації Послання

Президента України Верховній Раді України "Україна: вступ у ХХІ сторіччя. Стратегія економічного і соціального розвитку на 2000-2004 роки" від 1.3.2000, № 39. Окремі дослідження передбачалися планами науково-дослідних робіт корпорації “Познякижилбуд”, СП “Основа-солсіф”, фірми “Аеробуд” у розділах, що відносяться до розробки прогресивних технологій і організації монолітно-каркасного житлового будівництва.

Мета і задачі дослідження. Ціль дослідження: розробка апарату, який забезпечує вирішення проблеми створення технологічних основ монолітного каркасного висотного будівництва, що включає концепцію, моделі, методи дослідження й оптимізації технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва. Об'єкт дослідження: ведення монолітних залізобетонних робіт при будівництві каркасних висотних житлових будинків. Предмет дослідження: технологічна система монолітного каркасного висотного житлового будівництва. Методи дослідження:

1) загальна теорія систем, системно-структурний аналіз, математичне моделювання - для дослідження і моделювання технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва;

2) оптимізація, теорія прийняття рішень - для оптимізації та автоматизації технологічної системи;

3) експертні оцінки, математична статистика, теорія імовірностей, прикладна геометрія - для оцінки, обробки і представлення результатів дослідження і досягнутих показників.

Основні задачі:

1. Аналіз наукових розробок, досвіду і практики монолітного житлового будівництва;

2. Моделювання та оптимізація технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва:

· розробка методики дослідження;

· обґрунтування концепції;

· побудова моделей;

· багатокритеріальна інноваційна оптимізація;

3. Розробка комплексу заходів щодо удосконалення технології виробництва монолітних залізобетонних робіт:

· інновація технологічних процесів;

· оптимізація трудових ресурсів;

· контроль якості робіт;

4. Розробка комплексу заходів щодо удосконалення технологій монолітного будівництва в особливих кліматичних умовах:

· поліпшення якості бетону при негативних температурах;

· оптимізація проектування й виробництва монолітних залізобетонних робіт узимку й в умовах сухого жаркого клімату;

5. Оптимізація вибору технологічних рішень:

· розробка комплексної оцінки технології;

· автоматизація процесу вибору оптимальних елементів опалубки;

6. Впровадження результатів й визначення ефективності.

Наукова новизна отриманих результатів. Науково-прикладна проблема розробки технологічних основ монолітного висотного житлового будівництва вирішена шляхом створення технологічної системи зведення монолітних каркасних висотних житлових будинків.

1. Уперше обґрунтовано з позицій загальної теорії систем концеп-цію технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва, як цілісної, відкритої, організованої, адаптивної структури з неоднорідних складових. Це дозволило визначити рівень автономності системи, її організаційну структуру і функції, заходи щодо удосконалення адаптивності, стратегію оптимізації;

2. Уперше досліджено якісні зміни станів технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва при різних зовнішніх умовах. Показано необхідність комплексної й односпрямованої зміни складових для підвищення ефективності при зміні зовнішніх умов;

3. Удосконалено методи моделювання технологічної системи. У порівнянні з відомими моделями, використані сучасні математичні методи загальної теорії систем, адаптовані стосовно до предмета дослідження, графоаналітичні методи. Конкретизовано параметри, обмеження, функціональні залежності;

4. Уперше запропоновано і реалізовано інноваційну стратегію оптимізації, яка поєднує математичні методи, технологічні й організаційні інновації, що дозволяє прогнозувати напрямки інновацій і цілеспрямовано змінювати цільові функції й обмеження, досягаючи за допомогою ряду ітерацій рівня оптимальності, що перевищує показники окремо узятих математичних або технологічних складових;

5. Удосконалено комплекс технологій опалубних, арматурних і бетонних робіт, побудований на основі модульної крупнощитової опалубної системи. За рахунок впровадження прогресивної технології й організації проведення робіт досягнуте значне скорочення трудових, матеріальних і фінансових витрат;

6.Удосконалено методи розрахунку температурних полів при тепловій обробці бетону. У порівнянні з відомими методами, їхнє застосуван-ня дозволяє поліпшити конструкцію опалубки і підвищити якість бетонних робіт у зимових умовах;

7. Удосконалено методи комплексної оцінки технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва. Досягнуто більшого ступеню інтеграції з моделлю технологічної системи, що робить оцінки більш репрезентативними і корисними.

Практична значущість отриманих результатів полягає в тому, що за рахунок впровадження комплексного рішення по удосконаленню технології й організації будівництва монолітних залізобетонних житлових будинків досягнуто скорочення: трудових витрат на 15-20%, собівартості зведення залізобетонного каркаса до 25-30%, матеріалоємності житлових будинків на 10-15% по ряду об'єктів у містах Києві і Москві. Це дозволяє більш успішно вирішити соціальну задачу забезпечення населення житлом у відповідності з його реальними потребами. Зокрема, були впроваджені:

1. Нормативна база монолітного каркасного висотного житлового будівництва у формі інструкцій, методичних вказівок, регламентів і інших документів у наступних організаціях: "Познякижилбуд", СП "Основа-солсіф", ЗАТ "Аеробуд", ЗАТ "Моспромстрой".

2. Конструктивні рішення елементів крупнощитової модульної опалубки - у будівельних організаціях міст Києва і Москви: "Познякижилбуд", СП "Основа-солсіф", ЗАТ "Аеробуд", ЗАТ "Моспромстрой". Отримано авторські свідоцтва;

3. Пакет програм інженерних розрахунків “ІТР-2000” (у роботі представлена демонстраційна версія) - у корпорації "Познякижилбуд", що дозволяє скоротити час розрахунків і підвищити оперативність реагування на зміну виробничої ситуації;

4. Проекти проведення монолітних залізобетонних робіт - у перерахованих організаціях. Проекти можуть розглядатися, як основа для типових проектних рішень при зведенні аналогічних монолітних споруд.

5. Сумарний економічний ефект від усіх розробок і пропозицій складає 846 тис. у.о. для будівельних організацій м. Києва і 760 тис. у.о. для будівельних організацій м. Москви.

Особистий внесок здобувача. На захист виносяться положення, що є особистими результатами автора:

· концепція технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва;

· графоаналітичні моделі технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва;

· інноваційна стратегія оптимізації технологічних систем;

· комплекс інноваційних і технологічних рекомендацій з удосконалення технології бетонних робіт, втому числі взимку;

· методи оцінки якості вибору рішень;

· засоби автоматизації вибору елементів опалубки у вигляді пакету інженерних розрахунків ІТР-2000 (демонстраційна версія);

· нормативні документи, пропозиції і рекомендації.

Участь автора в спільних публікаціях охарактеризовано в супровідних документах.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися і були схвалені на науково-технічних конференціях і засіданнях науково-технічних рад:

· Єреванського архітектурно-будівельного інституту (1988-1993 р.м., усього - 6 доповідей);

· ЦНДІОМТП (1994-1996 р.р., усього - 3 доповіді);

· "Моспромстрой" м. Москви (1995-1997 р.р., усього - 3 доповіді);

· "Познякижилбуд" (1998-2000 р.р., усього - 3 доповіді);

· Київського національного університету будівництва й архітектури (2000 р., 1 доповідь);

· Комітету енергозбереження України (2000 р., 1 доповідь);

· СП "Основа-солсиф" (1 доповідь), і ряду інших організацій.

Результати роботи впроваджено в організаціях "Познякижилбуд", СП "Основа-солсіф", "Аэробуд" (м. Київ) і "Моспромстрой" (м. Москва) у період з 1995 по 2001 р.

За результатами дослідницької роботи розроблено нормативні документи, схвалені Держкомітетом будівництва, архітектури і житлової політики. Вони використовуються в ряді будівельних організацій.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 55 друкованих працях; з них основних:

· 2 монографії [1, 2];

· 21 стаття у наукових журналах і збірниках наукових праць[3-23];

· 1 авторське свідоцтво [24];

· 2 патенти [25,26];

додаткових:

· 11 статей у наукових журналах і сбірниках наукових праць[27-37];

· 5 публікацій у матеріалах і тезах конференцій [43-47];

· 4 авторських свідоцтва [38-41];

· 1 патент [42];

· 8 методичних вказівок і інших нормативних документів [48-55].

Обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 256 найменувань, додатків А-В. Обсяг роботи 409 с., з них основної частини - 336 с. (у тому числі рисунків - 72 с. і таблиць - 16 с).

Основний зміст дисертації

У вступі дається загальна характеристика роботи.

У першому розділі визначається місце монолітного каркасного висотного житлового будівництва в будівельній галузі та перспективи його розвитку, критично аналізуються наявні публікації і світовий досвід, обгрунтовуються мета і задачі роботи.

Констатується, що досі не вдалося створити технологічну систему, що відповідала б досить широкому спектру об'ємно-планувальних рішень, забезпечуючи зниження трудомісткості без істотного росту витрат. Концепція збірного будівництва розглядається як основна, а її особливості є відправним пунктом теоретичних узагальнень, технологічних розробок, методів проектування, організації виробництва. Класичні роботи М.С. Будникова, О.О. Гусакова, О.О. Жукова, Е.К. Завадскаса, В.І. Рибальского, М.Д. Спектора, В.І. Торкатюка, О.В.Федосової, Р.М. Фокова, В.К. Черненка, С.А. Ушацького, А.К. Шрейбера й інших розвивалися саме в цьому руслі.

При цьому в житловому будівництві монолітний залізобетон не мав застосування в широких масштабах тому, що организаційно-технологічний рівень зведення монолітних конструкцій характеризується великими витратами ручної праці при виконанні опалубних і арматурних робіт. Оскільки монолітне будівництво не розглядалося в якості пріоритетного, ступінь організації і вивченості його технологічної системи значно менші, ніж для збірного будівництва. У роботах О.О. Афанасьєва, О.О. Литвинова, В.С. Абрамова, С.С. Атаєва та ін., присвячених монолітному будівництву, досліджуються окремі аспекти технології, організації й економіки, але не система в цілому.

В умовах ринку політика житлового будівництва базується на розмаїтості форм власності, вільному виборі способів забезпечення житлом, множинності шляхів задоволення попиту, диференційованому підході до соціального і приватного житла, адаптації світового досвіду, постійному коригуванні напрямків, урахуванні місцевих умов.

Зазначені фактори обумовлюють зміни структури будівництва за конструктивними системами і поверховістю будинків. Структурні зміни диктують необхідність змін у проектуванні і виробництві. Необхідні демонополізація проектування, оптимізація кількості поверхів, наближення до вимог індивідуальних забудовників, розвиток спрощених, енерго- і матеріалозберігаючих технологій, розширення номенклатури виробництва будівельних матеріалів, поліпшення якості. Монолітні технології відповідають цим потребам, і, таким чином, область їхнього застосування буде неминуче збільшуватись. Світовий досвід підтверджує зроблений висновок. У країнах з розвинутою ринковою економікою доля монолітного залізобетону значно вища, ніж в Україні і СНД.

Переваги споживача обумовлюють його матеріальне становище, соціальний статус, рід занять, творчі схильності, плани, демографічний склад родини, місцеві і національні традиції, природно-кліматичні та сейсмічні умови місцевості і т.д.

Урахування цих умов може бути здійснено найбільш повно при: забудові міст 17 - 30-поверховими будинками секційного типу, а в умовах низьких обсягів будівництва і відсутності розвинутої матеріально-технічної бази - 1 - 2-поверховими будинками з присадибними ділянками; істотному розвитку індивідуального будівництва; фінансуванні як споживачем, так і з бюджету (муніципальне житло). Комплексна забудова найкраще відпові-дає спектру потреб; для масового будівництва оптимальними є будинки блокованого типу. Необхідність максимального здешевлення житлового будівництва обумовлює використання висотних будинків.

Аналіз існуючих технологій і практичного досвіду показує, що наявні технологічні та організаційні форми монолітного будівництва є недосконалими, не сприяють досягненню цілей житлової політики і вочевидь потребують поліпшення за багатьма напрямками. Не можна також говорити про високу організацію і цілісність технологічної системи.

Аналіз існуючої системи технологічного проектування виявляє ряд недоліків. Необхідність її удосконалювання вимагає рішення наукової проблеми створення і теоретичного обґрунтування методів будівництва монолітних каркасних висотних житлових будинків. Результатом повинні стати нові методи розробки технологічних рішень, що якісно відрізняються від існуючих.

Одним з головних шляхів удосконалення технології зведення монолітних залізобетонних конструкцій є підвищення теоретичного рівня технологічного проектування, що зв'язує виробництво монолітних робіт з розробкою прогресивних технологій і засобів зведення монолітних залізо-бетонних каркасних висотних житлових будинків.

Питання вибору раціональних варіантів організаційно-техноло-гічних рішень розглянуті в роботах Ю.Б. Монфреда, С.В. Миколаєва, Л.І. Абрамова, О.О. Афанасьєва, В.О. Афанасьєва, А.К. Шрейбера, В.К. Черненка. Розробці методів комплексної оцінки технологічності проектів присвячені праці Р.М. Фокова. Питання автоматизації будівельного проектування і виробництва досліджувалися в працях О.О. Гусакова, Е.К. Завадскаса, В.І. Рибальского та ін. Велике значення як джерела мають технологічні проекти і нормативні документи. Аналіз першоджерел, а також практичного досвіду, дозволяє зробити наступні висновки:

1. Існуючі технології монолітного каркасного висотного житлового будівництва і системи технологічного проектування є недосконалими, застарілими, не враховують світового досвіду, не відповідають існуючій економічній ситуації та житловій політиці.

2. Методи удосконалення технологій і систем технологічного проектування розрізнені, недостатньо теоретично розроблені, не відповідають практичним потребам через відсутність системності.

3. Системний підхід до технологічного проектування будівництва монолітних житлових будинків повинен ґрунтуватися на розумному балансі теоретичних і експериментальних методів і обов'язково бути апробованим у реальному будівництві. Тільки тоді можлива остаточна оцінка ефективності розроблених на його основі рішень.

4. Урахування закордонного досвіду при технологічному проектуванні та впровадженні технологій і техніки повинно здійснюватися творчо. Необхідним є аналіз позитивних сторін (висока механізація, чітка організація, налагоджені зв'язки із суміжниками), негативних аспектів (часте перевищення проектної вартості робіт, недотримання термінів) і місцевих умов (парк техніки, рівень кваліфікації, розвиток будівництва в цілому).

Таким чином, необхідні: розробка концепції технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва, її моделей, методів дослідження і багатокритеріальної оптимізації, масштабне впровадження результатів, технологічних рішень, нормативних документів, регламентів, програм і т.д. у практику будівельного виробництва, що й розглядається як мета і задачі роботи.

В другому розділі розглядаються методи роботи, вводиться поняття технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва, будується та досліджується її модель, обґрунтовується система показників і процедура оцінки, розробляється стратегія інноваційної оптимізації.

Методи роботи перераховані вище.

Особливості існуючої технології виробництва монолітних каркасних висотних житлових будинків показані на рис. 1.

Аналітична частина моделі технологічних рішень має вигляд:

ТР=(ОП,К,О, М, Т, У), (1)

де ТР - технологічні рішення;

ОП - об'ємно-планувальні рішення;

К - конструктивні рішення;

О - організаційні рішення;

М - механізація процесу;

Т - технологія процесу;

У - оперативне управління процесами.

З урахуванням діапазону зміни складових, технологічні рішення (1) можна розгорнуто виразити як:

ТР = (Кіп1, Кіп2,…,Копп,

Кк1, Кк2, …, Ккп,

Км1, Км2,…,Кмп, (2)

До1, До2, …, Коп,

Кт1, Кт2,…,Ктп,

Ку1, Ку2, …, Куп)

Конкретизація впливу об'ємно-планувальних і конструктивних рішень виконується за допомогою будівельно-технологічного аналізу (об'єкт розчленовується на автономні частини (захватки) на всьому фронті робіт, кожна з яких досліджується з метою встановлення характеристик і параметрів, що впливають на вибір методу зведення конструкцій).

Рівень технологічності виробництва монолітних залізобетонних робіт визначається для кожної стадії окремо. Він повинен бути взаємозалежним з технологічністю інших стадій, тому що об'ємно-планувальні і конструктивні рішення можуть бути технологічними на одній стадії і нетехнологічними на іншій. Розрізняють технологічність об`емно-планувальних і конструктивних рішень при виготовленні арматурних виробів і крупнощитових опалубок, транспортуванні і монтажно-складальних роботах. Підвищення технологічності зведення монолітних каркасних висотних житлових будинків є одним з основних факторів розвитку технології монолітних залізобетонних робіт із застосуванням укрупнених арматурних виробів і заготовок, виготовлених на виробничій базі, а також з оснащенням крупнощитовою модульною опалубною системою, що підвищує продуктивність праці, скорочує обсяги ручних робіт на будівельному майданчику і загальні терміни монолітних залізобетонних робіт.

Задача удосконалювання технологічних систем розуміється як динамічна трансформація їх структур і функцій відповідно до зміни цільової функції системи. При традиційному розумінні системи S=(О, R) як упорядкованої пари елементів О и відносин R завдання полягає у відшуканні таких F і S, для яких

, (3)

де z(t) - цільова функція, що змінюється в часі, системи;

optz - оптимальна величина z(t), що досягається у визначений

момент часу.

Реально враховуються також обмеження А організації, функцій і можливих перетворень системи.

Практично були випробувані різні стратегії удосконалення. Індустріально-технологічні системи будівництва країн із плановою економікою продемонстрували високу організованість і низьку адаптивність. Практика закордонних фірм показує високу адаптивність, але й нестабільність організації. Подолання цього протиріччя можливе лише в рамках концептуально іншого розуміння системи. Відповідно до загальної теорії систем, система оптимально функціонує в умовах, що змінюються, якщо вона є відкритою, цілісною, організованою.

Визначення 1. Технологічною системою монолітного каркасного висотного житлового будівництва (ТС МКВЖБ) називається відкрита, цілісна, організована система, що забезпечує оптимальне проведення монолітних залізобетонних робіт при будівництві висотних житлових будинків відповідно до зовнішніх вимог.

При цьому модульність і функціональна автономність системи в цілому та її підсистем є наслідком цілісності та організації; універсалізація функцій - ізоморфізму організації, здатність до динамічної мобілізації - відкритості та цілісності, прогнозованість розвитку і керованість інформаційних потоків - самоорганізації та саморегуляції.

Під оптимізацією будемо розуміти створення системи, яка реагує на зміну зовнішніх умов зміною параметрів і функцій підсистем при незмінності організації, тобто в межах саморегуляції. Так знімається згадане вище протиріччя.

Визначення 2. Моделлю технологічної системи монолітного каркасного висотного житлового будівництва (МТС МКВЖБ) називається графоаналітичне представлення взаємозв'язку основних структур і функцій з урахуванням їх внеску в забезпечення цілісності системи.

Побудова МТС МКВЖБ відбувається в кілька етапів:

1) ієрархічне упорядкування технологічних процесів з урахуванням впливу зовнішніх зв'язків;

2) установлення зв'язку з організаційними структурами будівельної організації, аж до утворення автономної системи;

3) оптимізація структури і зовнішніх зв'язків, виходячи з того, що ТС МКВЖБ є підсистемою систем більш високого рівня, а також за умов її відкритості, цілісності, самоорганізації;

4) побудова графоаналітичної моделі.

Використаємо для побудови моделі системи багатовимірний евклидовий простір Еn:

, (4)

де n - кількість несиметричних структур системи;

m - кількість структур для і-того рівня.

Структуруємо базис Еn так, щоб кожному рівню відповідав підпростір, розмірність якого дорівнює кількості його структур. Різний внесок у цілісність системи її складових структур відбивається в особливому нормуванні базису кожного з підпросторів. Виходячи зі збереження зв`язності, співвідношення довжин векторів, можливості відображати базис кожного з підпросторів у виді сукупності розташованих під рівними кутами векторів, обираємо відображення простору в площину. Розташувавши в точках стику і кінцях базисних векторів підсистеми відповідних рівнів і доповнивши отриману схему зв'язками, встановленими за допомогою аналізу технологічних та організаційних рішень, одержимо лінійний граф, що є графічною частиною МТС МКВЖБ.

Доповнимо графічну частину моделі аналітичною. На даному рівні деталізації, стан системи описується як

TS = (a1l1, a2l2, a3l3, a4l4, a5l5), (5)

де TS - функція стану технологічної системи;

li - функція стану i-го рівня організації;

ai - вагові коефіцієнти цінності i-го рівня для

забезпечення цілісності всієї системи.

У свою чергу, функція стану кожного з рівнів має вигляд:

li = (Cij, Oik, Tim, Min, Уip), (6)

де Cij - сукупність j зовнішніх умов;

Oik - сукупність k організаційних структур;

Tim - сукупність m технологічних рішень;

Min - сукупність n рішень по механізації;

Уip - сукупність p управлінських рішень.

Побудована модель відображає найважливіші характеристики системи. Їх аналіз дозволяє зробити висновки щодо проектування, оцінки оптимальності реальних систем, модифікації структур і функцій.

Оцінка системи. Оскільки складність і різноякісність характеристик ТС МКВЖБ обмежує використання аналітичних методів оцінки, прийнято аналітико-евристичний метод експертного опитування.

Вибір репрезентативних оціночних показників базується на наступних положеннях.

Положення 1. Система в цілому і її компонентах оцінюються специфічними наборами якісно різних показників.

Положення 2. Показники підсистем більш високого рівня можуть використовуватися для оцінювання їхніх складових компонентів; навпаки, показники підсистем нижчих рівнів незастосовні для оцінки підсистем, до складу яких вони входять.

Положення 3. Кількість одиничних показників на кожному з рівнів організації розраховується за формулою:

, (7)

де N - кількість компонентів рівня;

vi - кількість зовнішніх зв'язків компонента ai.

Положення 4. Крім одиничних показників, система оцінюється сукупністю групових показників кожного з рівнів і інтегральним показником для системи в цілому.

Пропонується наступний набір показників:

· для рівня 1 - адаптивність (відповідність зовнішнім вимогам);

· для рівня 2 - ефективність (відповідність цільовій функції);

· для рівня 3 - керованість (ступінь організованості);

· для рівня 4 - технологічність (відповідно до визначення в роботі);

· для рівня 5 - якість (відповідність проектним вимогам);

· для рівня 6 - продуктивність (реальний обсяг випуску продукції за одиницю часу);

· для рівня 7 - кваліфікація (реальна реалізація умінь з урахуванням дисципліни, стану здоров'я і т.п.).

Зв'язок інтегрального і групових показників, а також групового і одиничних показників визначається за формулою

, (8)

де Пг - груповий показник рівня i;

pij - одиничний j-тий показник із загальної їхньої кількості Mi;

aі - коефіцієнт, що визначає, наскільки груповий

показник важливіше суми одиничних показників.

Положення 5. Для оцінки показників кожного з рівнів підбирається незалежна група експертів відповідної кваліфікації.

Положення 6. Необхідно підбирати експертів з коефіцієнтом компетентності, близьким одиниці, високим рівнем креативності, конструктивності, аналітичності, самокритичності і широти мислення, а також низьким рівнем конформізму.

Обґрунтовуються процедури опитування, представлення та обробки результатів.

Оптимізаційна задача вибору технологічних рішень формулюється в такому вигляді: потрібно визначити набір значень xi при який цільова функція, що відповідає прийнятому критерію оптимальності, досягає свого мінімуму при дотриманні граничних умов. Прийняті технологічні рішення в багатьох випадках виявляються складними для оцінки. Тому виникає необхідність розробки стратегії інноваційної оптимізації ТС МКВЖБ. Для ілюстрації розглянемо простий приклад обмеженої багатокритеріальної оптимізації, коли враховуються два параметри х1 і х2, є окремі цільові функції x1 і x2 і узагальнена цільова функція x(x1, x2), а також набір обмежень А. Суть стратегії полягає в наступному (рис. 2).

1. Визначаються параметри х1, х2, обмеження А1, окремі цільові функції x11, x12. Узагальнена цільова функція x не шукається.

2. Знаходиться мінімум однієї з окремих цільових функцій (у даному випадку - x11), за умови, що інша окрема цільова функція продовжує зменшуватися. Йому відповідає перше прийнятне рішення х1.

3. Вводиться інновація р1, що змінює характер першої цільової функції x21=(р1, х1) так, що її мінімум зміщується вправо. Таким чином, область згоди збільшується. Набір обмежень також може змінюватися А1®А2.

4. Для нових умов визначається друге прийнятне рішення х2. Уводиться наступна інновація р2, що змінює характер x12 чи x21 і т.д., після чого цикл повторюється.

5. Умовою припинення циклу, у залежності від ситуації, може бути досягнення бажаного рівня якості, технологічності, керованості і т.д., або вичерпання інноваційних ресурсів.

Перевірка досягнутих результатів здійснюється в ході будівельного виробництва. Перевагою є безпосереднє визначення "вузьких місць", де необхідно внести технічні, організаційні та інші зміни. Таким чином, інноваційна оптимізація відноситься до теоретико-експериментальних методів.

Визначення 3. Інноваційною оптимізацією називається теоретико-експериментальне удосконалювання ТС МКВЖБ, засноване на цілеспрямованому розширенні області згоди за рахунок введення інновацій і відшукання гарних рішень, обмеженому умовами досягнення мети удосконалення і величиною інноваційних ресурсів.

У третьому розділі дослідження й оптимізація ТС МКВЖБ проводяться з метою підвищення технологічності, якості і продуктивності. Комплекс технологічних і організаційних рішень, процесів і операцій, потреби в ресурсах, вимоги по якості й охороні праці розглядаються в контексті визначеної в розділі 2 структури і функцій системи і відносяться до 4-7 рівнів її організації. Методика оптимізації відповідає інноваційній стратегії. Перевірка оптимальності ґрунтується на результатах впровадження і даних експертного опитування.

Удосконалення конструкції опалубки і технології опалубних робіт. Досвід зведення монолітних залізобетонних конструкцій показує, що вартість комплекту опалубки, яка забезпечує безперервність роботи крана і робітників, на 30-35% вища вартості крана. З урахуванням високої амортизаційної вартості комплекту опалубки, що в розрахунку на один будинок складає 15% - 20%, у порівнянні з 9 - 11% на один кран, витрати на комплект опалубки для одного будинку майже в 2 рази вище, ніж витрати на монтажний кран. Виходячи з цього, для підвищення ефективності будівництва житлових будинків з монолітних залізобетонних конструкцій велике значення мають вибір конструкції опалубки, оптимізація її комплекту для конкретного об'єкта, збільшення оборотності опалубки.

У монолітних житлових будинках каркасного типу вибирають два комплекти: для вертикальних і горизонтальних конструкцій. Їхній склад і обсяг розраховується так, щоб забезпечити безперервність роботи вантажопідйомних механізмів і робітників. Виходячи з цього, а також у залежності від конструктивних рішень, визначають розміри і границі захваток.

Захватка з максимальним обсягом робіт вертикальних конструкцій приймається першою, і склад комплекту опалубки вибирається по ній, а в залежності від складу елементів на інших захватках, доукомплектовується.

Після зведення вертикальних конструкцій першої захватки, одночасно починаються роботи з монтажу горизонтальної опалубки першої захватки і вертикальної опалубки другої захватки. В міру створення фронту робіт, спеціалізовані бригади поетапно виконують по роботи влаштуванню вертикальних і горизонтальних опалубок, арматурні і бетонні роботи.

Для створення потокової організації робіт і безупинного використання всього комплекту опалубки в процесі зведення монолітних залізобетонних конструкцій міняється черговість захватки, що дозволяє скоротити тривалість опалубних робіт і оптимально використовувати комплект опалубки.

Таким чином, запропонована схема вибору комплекту опалубки дозволяє максимально зменшити її комплект і забезпечити безперервність роботи спеціалізованої бригади вертикальної опалубки.

Обсяг комплекту опалубки для бетонування горизонтальних конструкцій обирається, виходячи з умов забезпечення безупинної роботи спеціалізованої бригади горизонтальної опалубки. З огляду на особливості технології й організації, обсяг комплекту повинен забезпечувати виконання опалубних робіт на трьох-чотирьох захватках відразу; на інших захватках виконуються спеціалізовані роботи.

Для визначення обсягу комплектів вертикальних і горизонтальних опалубок важливим фактором є змінний коефіцієнт використання монтажного крана. Аналіз досвіду зведення житлових будинків при використанні одного крана показує, що для забезпечення його раціонального використання обсяг бетонування повинний складати 45 - 50 м3/дб при роботі в дві зміни. При цьому 18 - 20 м3/дб приходиться на бетонування вертикальних елементів і 27 - 30 м3/дб - на горизонтальні конструкції. Комплект вертикальної опалубки, при середній товщині вертикальних елементів 250 мм, складає 190 - 220 м2, а комплект горизонтальної опалубки, при товщині конструкції 180 мм, - 480 - 600 м2.

Досвід застосування закордонних системних опалубок виявив конструктивні недоліки. Для їх усунення запропоновано модуль конструкції опалубки, що дозволяє за допомогою одного уніфікованого щита опалубки бетонувати конструкції з різними довжинами для кожного об'єкта. Конструкції щитів опалубки виготовляються в заводських умовах, транспортуються на будівельний майданчик спеціальними транспортними засобами і монтуються в проектне положення за допомогою крана.

Застосування модульної конструкції опалубки зменшує кількість підйомів монтажного крана для складання опалубки, що підвищує продуктивність праці. Так, для монтажу інвентарної щитової опалубки західних фірм під вертикальну конструкцію довжиною 6000 мм і висотою 3000 мм потрібно 18 - 22 підйомів монтажного крана, а при використанні модульної конструкції вертикальної опалубки - 2 підйоми. Одним із трудомістких процесів є установка внутрішньої опалубки ліфтової шахти. Для установки внутрішньої опалубки з інвентарних щитів провідних фірм кількість підйомів складає 14 - 16. Для повного монтажу внутрішньої опалубки ліфтової шахти за допомогою розробленої конструкції опалубки досить 1 підйому.

Після набору міцності бетону перекриттів виконуються, згідно розробленого регламенту, роботи з переопирання стійок і часткового демонтажу горизонтальної опалубки. Розрахунки й експерименти виявили переваги діагональної схеми переопирання. Визначено коефіцієнти ефективності, що дозволяють скоротити обсяг опалубки до 37 - 40%.

Розроблено конструкції обігрівних щитів опалубки з електропроводним полімерним нагрівачем, що дозволяє без додаткового устаткування організувати нагрівання бетону взимку (отримані авторські посвідчення). Ці конструкції дозволяють установлювати обігрівні щити на палубі будь-яких систем опалубок, практично не мають адгезії до бетону, виключають змащення палуби і завдяки ефективній теплоізоляції зменшують витрати електроенергії на прогрів бетону в 2,5 - 3,0 рази.

Удосконалення технології арматурних робіт. З метою зниження трудомісткості і підвищення якості робіт використовуються уніфіковані арматурні заготовки. Монтаж укрупнених в'язаних арматурних каркасів вертикальних залізобетонних конструкцій пропонується виконувати згідно з удосконаленим технологічним регламентом. Арматурні роботи для горизонтальних залізобетонних конструкцій також проводяться відповідно до удосконаленого регламенту.

Запропоновані удосконалення технології й організації бетонування в основному пов'язані з підвищенням якості і не мають характеру інновацій парку устаткування.

Поліпшення використання матеріально-технічних і трудових ресурсів пов'язані з підвищенням адгезійних властивостей палуби опалубок, (описано відповідні експерименти), застосуванням комплекту засобів малої механізації (обгрунтовано склад комплекту), удосконалюванням планування, розробкою нормативної бази. Наводяться необхідні розрахунки.

Оцінка результатів впровадження виконувалася в ході виробничого експерименту. Досягнуто поліпшення натурних показників на одиницю продукції: ріст продуктивності - 22,5 %; зменшення енергоємності - 17,5 %; скорочення фінансових витрат - 27,5 %; зменшення трудомісткості - 22 %; скорочення термінів будівництва. Для якісної оцінки використовувалися дані експертного опитування. Технологічність після проведення удосконалень оцінено в 4,25 балів (до удосконалень - 2,59); продуктивність - 4,35 (до - 2,53); якість - 4,24 (до - 2,76). Таким чином, обидві групи показників підтверджують наявність помітного ефекту від впровадження системної опалубки й інших удосконалень.

Для поетапного системного контролю якості робіт пропонується організувати групу співробітників, у яку входять представники будівельної лабораторії, проектної організації, технічного нагляду, інженер по якості монолітних залізобетонних робіт. До етапів контролю відносяться: перевірка якості бетонної суміші, геодезичний контроль, контроль деформацій. Запропоновано різні удосконалення відповідних операцій.

Розглянуто заходи, покликані забезпечити особливі вимоги охорони праці при зведенні монолітних залізобетонних конструкцій. Суть пропонованих рішень зводиться до уточнення і доповнення нормативної бази і внесення змін у технологічний ланцюг.

У четвертому розділі розглянуто особливості технології виробництва монолітних робіт узимку і в умовах сухого жаркого клімату.

Бетонування монолітних конструкцій у зимовий час вимагає застосування спеціальних технологій, що мають забезпечити необхідні умови твердіння бетону до досягнення їм заданої міцності. Серйозним недоліком існуючих методів термообробки бетону є те, що вони вимагають застосування додаткових установок і пристроїв, сполученого з витратами матеріальних, трудових і фінансових ресурсів.

Інноваційним засобом оптимізації є розробка багатофункціональних пристроїв, які, забезпечуючи термообробку бетону, у той же час не виходили б за рамки номенклатури устаткування, необхідного для виробництва бетонних робіт у літній період. Такі можливості відкриває застосування обігрівних опалубок з електропровідними полімерними покриттями, що поєднують у собі функції формотворного і нагрівального елемента, тобто одночасно забезпечують організацію комбінованого прогріву бетонних і залізобетонних конструкцій. Однак, реалізація наміченої програми зіштовхується з нерозв'язаністю питань розрахунку температурних полів.

Розрахунок температурних полів базується на аналізі результатів числових чи аналітичних рішень, доповнених вибірковою експеримен-тальною (чи на моделях реальних конструкцій) перевіркою. При цьому використовується рівняння переносу енергії, для якого вплив на температурні поля термовологопровідності і фільтраційного масопереносу, а також змін-ності теплофізичних характеристик бетону, що твердіє, вважаються незначними величинами:

(9)

де СБ і gБ - питома теплоємність, Вт/кг·?C, і щільність бетону,

кг/м3, відповідно;

лБ - коефіцієнт теплопровідності бетону, Вт/м·?C;

TБ - температура бетону, ?C;

t - час, ч;

Ц - питомий вміст цементу в бетоні, кг/м3;

Q - питома теплота гідратації цементу, Вт/кг.

Для представлення (9) у формі, доступній для інтегрування, необхідно ввести числові чи функціональні значення теплофізичних коефіцієнтів та інтенсивності внутрішніх джерел тепла. Після визначення крайових умов, коефіцієнтів, деяких спрощень і перетворень одержимо рішення:

Перехід до оригіналу здійсниться за формулою

(11)

Якщо зневажити стоком тепла за рахунок прискорення, то стосовно до периферійного електропрогріву бетону (близькому до кондуктивного нагрівання) необхідно розглянути вплив теплообміну з навколишнім середовищем, теплопередачі від зовнішнього джерела і тепловиділення цементу. Зниження температури середовища і збільшення коефіцієнта теплопередачі через огородження приводять до зменшення швидкості підйому температури на поверхні, зниженню інтегральної швидкості розігріву конструкції, а також перепадів температур у перерізі. Найбільш важливими є теплопередача від зовнішнього джерела і тепловиділення цементу. З розрахунків випливає, що швидкість і глибина проникнення теплового потоку від зовнішнього джерела за інших рівних умов стають більш значними, якщо щільність теплового потоку вища на поверхні. Приріст температури в глибині конструкції за рахунок теплопередачі від зовнішнього джерела є тим вищою, чим вища потужність електронагрівників.

Розглянуто саморегулюючі кондуктивний і комбінований режими нагрівання монолітних залізобетонних конструкцій.

Температурний режим термообробки конструкції при кондуктивному нагріванні в значній мірі залежить від суміщеного впливу щільності теплового потоку, термічного опору теплоогорожі, температур навколишнього середовища і характерного розміру конструкції.

Як показали розрахунки, величина максимальних температурних градієнтів залежить від швидкості розігріву покриття і характерного розміру конструкції. Так, з підвищенням швидкості розігріву з 1 до 100С/год. максимальний температурний градієнт конструкцій з характерним розміром d = 0,1 м зріс з 0,2 до 1,90С/см, а з d = 0,2 м - з 0,25 до 2,00С/см. Отримані дані дозволяють оцінити можливість застосування тієї чи іншої швидкості розігріву покриття і нагрівача визначеної потужності в конкретних умовах. Відповідні дані представлені в роботі. Запропонований спосіб комбінованого прогріву засновано на використанні ефекту "стікання струму" на бетон, що вступив в електричний контакт із електропровідним полімером. Реалізація вимагає визначення можливостей і області раціонального застосування способу, розробки режимів нагрівання, методів проектування і розрахунку, відпрацьовування технології. Рішення наведені в роботі.

При проектуванні параметрів термообробки монолітних залізобетонних конструкцій у зимових умовах необхідно враховувати, що гранична температура полімерних електронагрівників і час її досягнення залежить від їхньої потужності і температури зовнішнього повітря. У свою чергу, потужність електронагрівників залежить від відстаней між електродами і напруги, що подається на них . Наводяться розрахунки.

Технологічний регламент робіт у зимовий час вимагає удосконалення. Обґрунтовано відповідні рекомендації. Контроль якості й охорона праці не потерпають істотних змін у порівнянні з описаними в розділі 3.

Технологія монолітних залізобетонних робіт в умовах сухого і жаркого клімату має свої особливості, тому що швидке зневоднювання бетону в повітряному середовищі з низькою відносною вологістю сповільнює та іноді припиняє процеси гідратації цементу.

Для одержання якісної конструкції необхідно застосовувати комплекс конструктивно-технологічних заходів, що забезпечують нормальні умови гідратації цементу. Особливу увагу слід приділяти підбору компонентів бетонної суміші. Доцільно застосовувати суміші, приготовлені на щвидкотвердіючих портландцементах. Перед готуванням суміші заповнювачі необхідно захищати від сонячного випромінювання. Суміш слід транспортувати в автобетонозмішувачах у сухому вигляді і перемішувати безпосередньо за місцем бетонування. Свіжоукладений бетон необхідно захищати плівковими покриттями з полімерів, що різко зменшують втрату води, одночасно створюючи термовологісний режим. Добовий перепад температур негативно впливає на свіжоукладений бетон, приводячи до появи температурних деформацій. Для зменшення цього необхідно застосовувати методи термообробки бетону. В багатоповерховому монолітному каркасному житловому будівництві прискорення процесу твердіння бетону в умовах сухого і жаркого клімату доцільно виконувати в нагрівних опалубках, які дозволяють створювати нормальні умови для твердіння бетону . Заходу щодо контролю якості робіт і забезпеченню охорони праці в основному збігаються з даними в розділі 3.

Результати застосування запропонованих технологічних і конструктивних рішень у ході виробничого експерименту оцінювалися за трьома групами показників. Відповідність мети інновацій може бути оцінено як дуже гарна: розроблені опалубки, що сполучають функції формотворного і нагрівального елемента, не виходять за рамки номенклатури устаткування, необхідного для виробництва бетонних робіт у літній період. Можна констатувати, що запропонований спосіб термообробки позбавлений недоліків, властивих відомим методам. Поліпшення натурних показників на одиницю продукції складає: зростання продуктивності - 17,5 %; зменшення енергоємності - 40 %; скорочення витрат фінансових витрат - 22,5%; зменшення трудомісткості - 12,5 %; скорочення термінів будівництва. Таким чином, наявне значне поліпшення техніко-економічних показників. Збільшення експертних оцінок: технологічність після удосконалень оцінена в 4,47 балів (до удосконалень - 2,29 балів); продуктивність - 3,88, (до - 2,35); якість - 3,94 (до - 2,47).

П'ятий розділ присвячено автоматизації вибору технологічних рішень. Засоби автоматизації мають бути об'єднані в автоматизовану систему керування технологією виробництва (АСУ ТВ) у рамках будівельної організації, оскільки це дозволяє досягти максимального ефекту. Ставиться задача обґрунтування архітектури АСУ ТВ і розробки окремих програм, що потім могли б увійти як компоненти до складу АСУ. Обґрунтування архі-тектури АСУ ТВ неможливо без попереднього з'ясування способів, форм, змістовної сторони прийняття рішень на кожному з рівнів ТС МКВЖБ, а також зовнішніх обмежень. АСУ повинна орієнтуватися на раціональні рішення, схема яких полягає в тому, що після аналізу і прогнозу розвитку ситуації, обирається одна з стратегій оптимізації - інноваційна чи заснована на порівнянні варіантів без модифікації вихідних умов, цілей і обмежень.

Для вибору раціональних технологічних рішень у будівництві монолітно-каркасних будинків необхідне створення системи варіантів, кожний з який характеризується кінцевою множиною оціночних показників, що описують властивості порівнюваних варіантів. В основі вибору найкра-щого варіанта лежить вибір альтернативи за векторним критерієм X = (X1, X2,…, Xn), де X1, X2,…, Xn - оціночні показники. Реалізація основних етапів багатофакторного моделювання базується на дотриманні визначених вимог до послідовності рішення локальних задач, що є складовими частинами задачі комплексної оцінки. Для кожної з них будується своя модель. Кінцевим результатом, що створює основу ухвалення рішення, є побудова ряду переваги варіантів на основі вектора-стовпця оцінки їхньої корисності, яку визначають за узагальненим критерієм ефективності, одержуваним з використанням вирішальних правил згідно загальної теорії прийняття рішень.

...