ДОКЛАД О НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ СТОРОНАХ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ профессора кафедры строительного производства ФГБОУ ВО «СПбГАСУ», ученого секретаря Северо-Западного территориального отделения ФГБУ «РААСН», советника РААСН, доктора технических наук, профессора
Казакова Юрия Николаевича
· Создание в 1991 г. в ПВВИСУ и ЛВВИСКУ (в н.в. Военный инженерно-технический институт Военной академии материально-технического обеспечения) Минобороны и развитие в СПбГАСУ и РААСН научного направления «Теоретические основы разработки новых конкурентоспособных технологий строительства инновационных типов быстровозводимых, мобильных и трансформирующихся гражданских и воинских зданий, сооружений и комплексов на основе оптимизированных комплектов легких модульных каркасно-панельных и объемно-блочных конструкций высокой степени заводской готовности и быстросборных узлов соединений для обычных условий, чрезвычайных ситуаций и военного времени в интересах Минстроя, МЧС и Минобороны РФ».
· Формирование творческого коллектива специалистов – ученых, проектировщиков, конструкторов заводов, строителей из СПбГАСУ, ОСН РААСН, ВИТУ, 1 Центрального Военпроекта, Главстройпрома МО РФ, 160 ДСК, 21 ДОЗ, компаний «Омега», «Город» и др.
· Под технологиями быстровозводимых зданий в направлениипонимаются скоростные методы монтажа зданий по типу «сухой сборки» в сроки, значительно меньшие по сравнению с нормативными сроками строительства капитальных зданий по традиционным технологиям. Под технологиями мобильных зданий понимаются – то же, плюс возможность демонтажа, транспортировки и последующего монтажа. Под технологиями трансформирующихся зданий понимаются – то же сборно-разборных зданий раздвижного, телескопического и пневматического видов способом трансформации и увеличения строительного объема из первоначальной компактной блочной конструкции. Трудоемкость монтажа: в пределах 7-75 раз меньше по сравнению с сопоставимыми аналогами - технологиями КПД и монолитного бетонирования.
· Направление соответствует « Приоритетным направлениям развития прикладных наук и поисковых исследований в области архитектуры, градостроительства и строительства РААСН», п.10. «Быстрое возведение и трансформация жилья» и «Перечню критических технологий Российской Федерации», п.21. «Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».
· Объект исследований – многоцелевые полносборные, быстровозводимые, мобильные и трансформирующиеся здания и технологии их производства, скоростного монтажа, возможных демонтажа, транспортировки и повторного монтажа в течение всего жизненного цикла.
· Предмет исследований – высокоэффективные технологии изготовления и скоростного строительства полносборных зданий из модульных систем.
· Цель направления: разработка теоретических основ с концепцией, принципами и моделями для создания новых, инновационных, методов монтажа и оптимизации сущ-ествующих технологий строительства быстровозводимых, мобильных и трансформирующихся гражданских и воинских зданий.
· Научные задачи направления: разработка новых методов монтажа и демонтажа и комплексная оптимизация всех следующих конструктивно-технологических параметров:
1. масса, размеры, материалы и толщины конструктивных элементов - панелей и каркаса,
2. виды и размеры соединительных деталей,
3. состав и последовательность монтажных и демонтажных операций,
4. количество, профессии и квалификация требуемых рабочих в бригаде,
5. виды и количество требуемых средств механизации,
6. требования к качеству монтажа, точности и допускам
7. трудоемкость и машиноемкость монтажа, стоимость и сроки
8. меры по охране труда.
· Методы исследований: системный анализ и синтез; теория вероятности и математической статистики; методы компьютерного моделирования; принципы строительного производства и организационно-технологической надежности, корреляционно-регрессионный анализ; экспериментальное производство и строительство; сопоставление расчетных показателей с фактическими данными компьютерного моделирования и реального строительства объектов.
· Получены следующие новые научные результаты за период с 1991 по 2017г.
· Разработаны теоретические основы с концепцией, принципами и моделями для создания новых, инновационных, методов монтажа и оптимизации существующих технологий строительства быстровозводимых, мобильных и трансформирующихся гражданских и воинских зданий.
· Разработаны новая теория и новые математические модели оптимизации: технологических процессов, механизации монтажа, механизации демонтажа, подбора бригад, календарного планирования, проектирования стройгенплана, технологических карт, расчета потребных материалов.
Модели с критериями оптимизации технологий: минимизации трудовых и машинных затрат на возведение зданий, минимизации сроков строительства и демонтажа, минимума приведенных затрат за жизненный цикл зданий, максимума социально-экономической эффективности использования зданий.
Ограничения: безопасность производства, монтажа, транспортировки и демонтажа, качество и стоимость.
Оптимальные области применения технологий: 1 - объекты капитального строительства - жилые, общественные и производственные здания 1-3 этажности пониженной и обычной степени ответственности, 2 - объекты временного строительства – бытовые городки строителей, жилые поселки нефтяников, газовиков, геологов, 3 – мобильные военные городки Минобороны, МВД, МЧС, где по государственным, военным, экономическим или инвестиционным условиям требуется максимально быстрое строительство и ввод в эксплуатацию объектов.
· Разработана и внедряется система следующих базовых принципов создания новых технологий для быстровозводимых зданий
Конструктивная и технологическая возможность демонтажа.
Высокая технологичность (простота), низкая трудоемкость и стоимость монтажно-демонтажных работ.
Быстрота монтажа и демонтажа.
Независимость процессов монтажа и демонтажа от погодных условий и внешних воздействующих факторов.
Легкость замены конструктивных элементов при ремонте и реконструкции (пристройка, надстройка).
Легкость конструктивных элементов.
Возможность монтажа и демонтажа вручную.
Повышенная заводская готовность.
Унификация, стандартизация и типизация планировочных, конструктивных решений.
Оптимальный расход строительных материалов.
Доступная и конкурентная оптовая цена комплекта и стоимость работ.
Возможность автономного функционирования.
Возможность монтажа и демонтажа силами необученного населения.
Развитие функции в пространстве в зависимости от изменения потребности.
Укомплектованность оборудованием и мебелью.
Повышенное качество изделий и узлов.
Транспортабельность серийными видами транспорта, в т.ч. аэротранспортабельность.
· Новые, пока не реализованные в серийном производстве и массовом строительстве принципы создания перспективных технологий – принципы компенсации конструктивными и технологическими решениями недостатков быстровозводимых зданий
Небольшой срок службы объектов – до 30-50 лет.
Невысокая степень огнестойкости – III - V.
Ограниченная этажность сооружений – до 2-3.
Ограниченная долговечность строительных конструкций.
Пониженная тепловая инерционность объектов.
Пониженная акустическая инерционность сооружений.
Ограниченная архитектурно-художественная выразительность.
Возможность автоматического самовозведения и демонтажа.
Компактность, значительное увеличение строительного объема по
сравнению с транспортным объемом.
Пониженные степени защищенности и живучести при воздействии динамических нагрузок и чрезвычайных ситуаций.
· Научная новизна предложенных технологических решений.
· В 1989-2005гг. по планам НИР МО И ВИТУ разработаны теоретические основы новых конкурентоспособных технологий строительства инновационных типов быстровозводимых, мобильных и трансформирующихся гражданских и воинских зданий, сооружений и комплексов на основе оптимизированных комплектов легких модульных каркасно-панельных и объемно-блочных конструкций высокой степени заводской готовности и быстросборных узлов соединений для обычных условий, чрезвычайных ситуаций и военного времени в интересах Минстроя, МЧС и Минобороны РФ.
На их основе усовершенствованы технологии монтажа систем «Модуль» и «Сокол» в гг. Королев Московской обл. (160 ДСК) и Сокол Вологодской обл. (21 ДОЗ), гг. Спитак, Ленинакан и др. (Армения, землетрясение 1988г.).
· В 2006-2010 гг. по планам НИР РААСН разработан инновационный методический подход к разработке оптимальной технологии в строительных процессах скоростного возведения индивидуальных сборно-разборных жилых домов из индустриальных сэндвич-панелей в интересах МО и МЧС РФ методом компьютерного моделирования и многокритериальной оптимизации вариантов технологических решений.
· В 2003-2007 гг. по планам НИР РААСН разработаны новые принципы и модели для новых технологий строительства 127 доступных и комфортных жилых домов из новой быстровозводимой объемно-блочной системы «Город» в Ленинградской области и регионах России, для Минстроя и МЧС РФ. Выполнено научное обоснование оптимизации конструктивных параметров блоков для быстровозводимых систем.
· Практическая значимость и внедрение полученных научных результатов. На их основе усовершенствованы технологии производства и монтажа жилых домов систем «Город» и «Бук» (ФРГ) в Ленобласти.
Рис. 1. Модель и принципы технологии быстровозводимого монтажа индивидуальных жилых домов способом «сухой» сборки сэндвич-панелей оптимизированных размеров 1,2х3,6 м и 95 % степени заводской готовности на основе быстросборных узлов «муфта-гильза»: а) основные виды унифицированных модульных сэндвич-панелей и элементов; б) установка деревянных термопакетов с гильзами на ростверк фундамента с шагами 1,2х3,6 м вручную; в) монтаж панелей перекрытий наведением их муфт на гильзы термопакетов вручную; г) монтаж панелей стен 1-го этажа наведением их гильз на муфты перекрытий и временное закрепление вручную; д) монтаж панелей перекрытий автокраном; е) монтаж панелей стен 2-го этажа автокраном и временное закрепление; ж) монтаж панелей перекрытий 2-го этажа с последующей «сухой» сборкой стеновых панелей и стропильной системы мансарды, кровли, монтаж инженерных систем, отделка и др.
Внедрено в ВСН 156-88 Минобороны с 1989г. «Мобильные комплексы военно-строительных частей, нормы проектирования» и с 1990г. в «Методику отбора лучших конструктивных систем мобильных зданий, рекомендуемых для массового производства», М., Госстрой СССР
Рис.2. Модель и пример быстровозводимой технологии типа №1 - монтажа дома на основе сэндвич-панелей крупного размера 2,4 на 4,8 м системы «Модуль», 160 ДСК, г. Королев Московской обл. Монтаж панелей надподвального перекрытия. 2016г. г.Гатчина Ленинградской обл., 3 внедренных изобретения
Рис.3. Быстросборный узел «шип»-«гнездо», сталь. Монтаж стен и перегородок, масса 120-250 кг, дерево-стальной каркас панелей, обшивки – ЦСП, ОСБ
Рис.4. Монтаж стальных стоек (квадратная труба, 10см) для зальных помещений и панелей перекрытий. Масса панели 400-480кг, базальтовое волокно в минвате.
Рис.5. Монтаж стропил мансарды, кровли и отделка помещений. Конструкции и материалы входят в комплект поставки дома
Рис.6. Технология быстрого монтажа жилого дома на основе каркасно-панельной системы «Модуль», 160 ДСК, г.Королев. г.Гатчина, 2016г. Устройство чистого пола (паркетная доска по ЦСП) и готовый дом. Площадь 200 кв.м. Стоимость комплекта – 4,5-5 млн. руб, стоимость монтажа – 1-1,2 млн. руб. Продолжительность – 1-1,1 месяц: монтаж комплекта панелей – 8-10 дней, устройство фундамента и прокладка коммуникаций – 7-10 дней, отделка и монтаж инженерных систем – 7-12 дней. Звено: 2 монтажника 2-3 разряда, 1 машинист 3-4 разряда, кран КС-356 (3 т)
Рис.7. Предлагаемая технология монтажа 2-х этажного индивидуального жилого дома из сэндвич-панелей с использованием инновационного гибкого узла типа «муфта-гильза: 1 – монтаж горизонтальных несущих элементов; 2 – установка стоек; 3 – панели; 4 – укладка фундаментных подушек; 5 – пластины; 6 – шип; 7,8 – муфты; 9 –прорезь; 10 – лепестки; 11 – отверстия; 12 – вертикальные прорези; 13 – лепестки; 14 – уплотнитель. Внедрено с 1995г. в «Справочное пособие по оперативному обустройству войск», М. МО СССР на 160 ДСК и в технологии ГВСУ.
|
Рис.7. Технология быстровозводимого монтажа типа № 2 - на основ е мелкоэлементной системы «Сокол» 21 ДОЗ, г. Вологда. Монтаж панелей перекрытий.Узлы – стальные фигурные пластины. Казармы временного жилого городка военных строителей ЛенВО, гг. Ленинакан, Спитак, Армения, ликвидация последствий землетрясения в 1988г. Идеи, участие и фото автора
|
Рис.8. Монтаж панелей стен экспериментального физкультурно-оздоровительного комплекса
г. Вологда. 2005г. Идеи и фото автора
Рис. Технология монтажа 3-го типа - быстровозводимых 2-х этажных жилых домов на основе объемных блоков фирмы «БУК» (ФРГ) в регионах РФ. 2000-2010гг. г.Санкт-Петербург. Межгосударственная программа «Конверсия – жилье».
Внедрены принципы новых технологий и оценка их качества по «Методике отбора лучших конструктивных систем мобильных зданий, рекомендуемых для массового производства», М., Госстрой СССР
Рис. 9. Общий вид быстровозводимого монтажа рамно-панельной конструкции основного
спортивного зала ФОК. Узел шип-гнездо. Идеи и фото автора
Рис.10.Панорама основного и вспомогательного спортивных залов физкультурно-оздоровительного комплекса в г. Сокол Вологодской области. Цена в 20-25 т.р за 1 кв. м в 2-3 раза меньше цены в 40-75 т.р. и более при капитальном строительстве на основе традиционных монолитных и сборных бетонных, кирпичных и блочных технологий.
Идеи и фото автора
Рис.11. Быстровозводимая технология типа № 4 - на основе мобильных (сборных и разборных) объемных блоков полной заводской готовности с оборудованием и мебелью системы «Город». Стальной каркас и минераловатный базальтовый утеплитель. 2-х этажный жилой комплекс газовиков, г. Сургут, Западная Сибирь, 2015г.
Идеи и фото автора
Рис.13. Быстровозводимая технология на основе типа № 5 - телескопических и трансформирующихся контейнеров. Мобильные госпитали для МЧС РФ и военные казармы и общежития для Минобороны РФ. 2016г.
Рис.14. Быстровозводимые технологии типа № 5 - на основе комплектов стальных шарнирных каркасов и легких сэндвич-панелей полной заводской готовности.
Реконструкция охранного исторического объекта КГИОП 1910г. - «Высшей школы народных искусств» Минобразования РФ, 2005г. г. Санкт-Петербург, наб.кан.Грибоедова, д.2. Демонтаж старого аварийного и монтаж нового мансардного этажа за 1 месяц в стесненных условиях исторического центра, монтаж всех быстровозводимых новых перегородок и перекрытий на всех этажах – за 2 месяца.
Руководитель проекта по решению СПбГАСУ и Минобразования РФ – автор направления. Идеи и фото автора