Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Формообразование строительных конструкций. Монография
.pdf
21
Данное выше определение понятия «сооружение» исключает
его понимание как объекта, возникшего в природе «естественным» путем. Но введенное выше понятие «конструкция» не исключает своего естественного происхождения без какого-либо
вмешательства человека. Человеческая деятельность, тем не менее, может превратить естественную конструкцию в компоненту
технической системы искусственного сооружения.
1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ФОРМООБРАЗОВАНИЕ»
Итог введенной выше системы терминов — определение
основного предмета анализа в рассматриваемой работе, понятия
«формообразование».
Формообразование — процесс создания и развития конструктивных форм. Этот процесс, имеющий различные стороны и многочисленные этапы, в монографии [161] рассмотрен наиболее подробно применительно к большепролетным и сверхпротяженным
мостовым сооружениям, предназначенным для различных видов
транспорта, а также к ряду классов пространственных сооружений, не относящихся к мостостроению.
В длительном процессе формообразования во многом определяющими являются такие изменяющиеся во времени факторы,
как создание новых и усовершенствование известных конструкционных материалов и на их основе — создание новой техники и
высокоинтенсивных технологий, а также последовательное обновление в строительстве нормативных актов, более жестких по
качественным и количественным критериям выбора конструктивных форм, особенно в части безопасности возводимых сооружений. Обновление нормативных требований вызывается, прежде всего, потребностью развивающейся экономики в совершен-
ствовании потребительских свойств строительной продукции.
Развитие конструктивных форм стимулируется совершенствованием вычислительной и экспериментальной техники, а также
прогрессом механики и математики в разработке новых математических методов анализа, оптимизации и синтеза конструкций
на современных и перспективных ЭВМ. В более широком смысле
прогресс в создании новых конструктивных форм определяется
уровнем используемых информационных технологий.
22
Близкие по смыслу к представленным выше определениям
термины, применительно к мостостроению, частично введены в
работах С.Р. Владимирского 41—43 . Специфика формообразования и отвечающая ей терминология, также близкая представленной выше, для металлических строительных конструкций рассмотрена, в первую очередь, с позиций архитектуры, в монографии А.П. Мардера [88], где присутствует и «классификация
металлических конструкций по типам элементов».
Рассмотрение живых организмов как биоконструкций [99;
113; 122] не является предметом данной работы. Тем не менее,
можно заметить, что интерес к общности закономерностей живых
организмов и объектов техники проявил еще в конце XIX века
известный ученый-мостостроитель Н.А. Белелюбский. В курсе
лекций по строительной механике он отметил [25]:
«…Большой интерес представляет то обстоятельство, что …
кривые направления наибольшего растяжения или сжатия, имеющие место в различного рода балках (мостовые фермы со
сплошной стенкой, кранные балки и т.п.), подвергнутых сгибанию, реально существуют в костях животных… Кривые вещества, соответствующие кривым напряжений, замечены были особо в бедренной и пяточной костях как у человека, так и других
позвоночных животных».
В представленной работе не сопоставляются процессы формообразования в технике и в живой природе [192], т.е. не рассматривается самостоятельное научное направление, относящееся к
бионике. Вместе с тем, можно признать полезными при создании
строительных конструкций «экскурсии» специалистов, решающих сложные проблемы генерации конструктивных и архитектурных форм, в ботанику, биологию и даже в физиологию для
поиска «подсказок» в принятии технических решений на базе
природного «опыта» продолжительностью в десятки миллионов
лет и более позднего. Немецкий инженер Ф.Р. Патури [113] писал, что все недостатки созданных человеком технических систем
(в сравнении с «техникой», применяемой растениями) в принципе являются следствием несовершенства конструктивного мышления человека. И природа не допускает создания расточительных или ошибочных конструкций.
23
2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Ф
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. ЦИКЛЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ормообразование не сводится к появлению отдельных
сооружений с новыми конструктивными решениями,
удовлетворяющими на момент завершения разработ-
ки проекта нормативному набору потребительских свойств и
имеющими как товар соответствующую потребительскую стои-
мость. Вновь созданные конструктивные формы переживают
периоды своего становления и широкого признания обществом и
специалистами.
Но даже признанные официально на государственном уровне,
т.е. защищенные патентами, новые конструктивные формы могут
не успеть найти повторное и, тем более, неоднократное применение и будут заменены в проектах еще более совершенными разработками, а иногда, в силу ряда обстоятельств, — менее эффективными и даже откровенно слабыми — новыми или даже известными — техническими решениями.
Создание конструктивных форм можно рассматривать как
своеобразный ц и к л и ч е с к и й процесс. В каждом сооружении фиксируется определенный «коллектив» конструктивных
форм различных уровней сложности, и формы совершают, по
меньшей мере, один цикл своего развития в течение всего периода существования объекта. Часть форм в этом синтезе иногда обновляется или замещается более совершенными аналогами даже
по несколько раз, а сооружение в целом «может и не дожить до
преклонного возраста».
В длительном процессе формообразования во многом определяющими являются такие изменяющиеся во времени факторы,
как создание новых и усовершенствование известных конструкционных материалов и на их основе — создание новой техники и
высокоинтенсивных технологий, а также последовательное обновление в строительстве нормативных актов, более жестких по
качественным и количественным критериям выбора конструктивных форм, особенно в части безопасности возводимых соору-
24
жений. Обновление нормативных требований вызывается, прежде всего, потребностью развивающейся экономики в совершен-
ствовании потребительских свойств строительной продукции.
Развитие конструктивных форм стимулируется совершенствованием вычислительной и экспериментальной техники, а также
прогрессом механики и математики в разработке новых математических методов анализа, оптимизации и синтеза конструкций
на современных и перспективных ЭВМ. В более широком смысле
прогресс в создании новых конструктивных форм определяется
уровнем используемых информационных технологий.
Здесь рассматривается наиболее полный по количеству шагов
цикл формообразования строительных конструкций, включающий и этапы возведения сооружений. Однако из описания цикла
исключены процедуры, связанные с определением подрядчиков
на проектно-изыскательские работы, на строительство, на контроль его качества, на содержание объекта и т.п., поскольку
предполагается, что сущность процесса формообразования должна сохраняться в любых исторических и экономических условиях
и при любой законодательной базе. Но отрицать влияние этих во
многом субъективных факторов на рассматриваемый процесс невозможно, и их учет полностью связан с реализацией при создании и развитии конструктивных форм принципов формообразо-
вания, представленных далее в разд. 3. С определенной условно-
стью выделены и поименованы 12 этапов одного наиболее
полного цикла формообразования, показанного на диаграмме
(рисунок).
Этапы, в основном, общеизвестны, и через них проходит весь
труд и всѐ творчество строителей. В циклах отдельных сооружений некоторые этапы могут осуществляться в минимальных объемах или вообще отсутствовать. Последнее обстоятельство, скорее всего, свидетельствует о негативных тенденциях в развитии
конструктивных форм и требует пристального внимания специалистов и, в первую очередь, экспертов и заказчиков сооружений.
Поэтому отчетливое представление о цикличности процесса
формообразования имеет большое практическое значение.
25
→ →
1 этап. Накопление предпосылок к изменению конструктивных форм
↓ ↑ → 2 этап. Генерация новых конструктивных форм
↓
↑ → 3 этап. Инновационный проект ←
↓
↑
→ ↑ 4 этап. Обоснование инвестиций и инженерный
проект ← ←
←
↓
↑ → 5 этап. Рабочее проектирование → ← ↑
←
↑
↑ ↓ 6 этап. Подготовка к осуществлению проекта →
←
↑ ↑ ↑ ← ↓
7 этап. Изготовление элементов конструкций и организация их доставки на площадку строительства
↑
↑
↑ ↓ 8 этап. Строительство → → → → → → → → → →
→
↑ ↓ 9 этап. Эксплуатация до капитальных ремонтов
→
→
↑ ↑ ↓ ↓ 10 этап. Капитальные ремонты и эксплуатация после капитальных ремонтов
↓ ↓ ↑ ↑ ↓→ 11 этап. Реконструкция и эксплуатация после реконструкции ← ←
←
↓
↓ ← ←
12 этап. Полное прекращение эксплуатации ← ←
←
←
Полный цикл формообразования строительных конструкций
2.2. ЭТАПЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
В цикле формообразования строительных конструкций можно
выделить следующие этапы:
● Этап 1. Накопление предпосылок к изменению конструк-
тивных форм (ниже «Накопление предпосылок…»).
Этот этап объединяет попытки приспособления известных
конструктивных форм к новым или традиционным технологическим заказам на основе:
– использования улучшенных обычных или более эффективных новых конструкционных материалов и применения новых
технологических процессов изготовления и монтажа конструкций, опирающихся на более совершенные высокопроизводительные поточные линии, станки, машины, оснастки, сложное вспомогательное оборудование и специализированные монтажные
агрегаты;
– освоения и внедрения современных систем проектирования
сооружений 40; 42; 114 , использующих мощную графическую и
26
вычислительную технику и обладающих доступом к мощным
базам данных с информацией об известных конструктивных решениях, патентах и патентных заявках.
● Этап 2. Генерация новых конструктивных форм (ниже
«Генерация…»).
На этом этапе происходят:
– Выявление в конструктивных формах-прототипах недостатков и ряда непреодолимых противоречий, поиск путей к их
устранению с помощью технических решений, развивающих и
преобразующих структуру известных конструктивных форм или
основанных на построении принципиально новой структуры несущих элементов.
– Разработка для рассматриваемого класса сооружений новых
конструктивных форм, обоснование их осуществимости. Организация защиты патентной чистоты предлагаемых технических решений и интеллектуальной собственности.
– Предпроектная разработка и обоснование эффективности
технических решений группы новых конструктивных форм или
одной формы в рассматриваемом классе сооружений путем выполнения научно-исследовательских или опытно-конструкторских
работ (НИР и НИОКР).
– Организация рекламы новых конструктивных форм для привлечения инвесторов.
– Подготовка и реализация лицензий на право применения инновационных разработок потенциальным инвесторам и заказчикам.
● Этап 3. Инновационный проект.
На этом этапе осуществляются:
– Подготовка предложений по инновационному проекту внедрения новых конструктивных форм строительных конструкций
как в составе рассматриваемого класса сооружений, так, возможно, и в более широкой области объектов вне этого класса.
– Разработка, обсуждение и экспертиза инновационного проекта.
– Разработка предложений по программам инвестирования
конкретного инновационного проекта. Привлечение инвесторов
для реализации инновационного проекта на основе разработки
инвестиционного проекта [39].
● Этап 4. Обоснование инвестиций и инженерный проект
(ниже «Инженерный проект»).
27
На данном этапе происходят:
– Выполнение комплекса изысканий для конкретного заказа
на сооружение или комплекс сооружений при наличии инвестора,
заказчика и инвестиций.
– Разработка многовариантного инженерного проекта сооружения (скорее всего, в составе более сложного комплекса); при
необходимости — научное сопровождение разработки инженерного проекта.
– Выбор наиболее эффективного варианта для последующего
осуществления с внедрением новых или повторно применяемых
усовершенствованных конструктивных форм.
– Экспертиза инженерного проекта. Возможна доработка инженерного проекта по замечаниям экспертизы с его повторным
рассмотрением.
– Утверждение инженерного проекта заказчиком.
● Этап 5. Рабочее проектирование.
На этапе происходят:
– Разработка, при необходимости, дополнительных или специальных технических условий проектирования, если предлагаемые
конструктивные формы не охватываются в полной мере действующими стандартами, техническими условиями, СНиП и другими нормативными документами.
– Одно- или двухстадийное проектирование сооружения на
основе инженерного проекта с использованием повторно применяемых или новых конструктивный форм.
– Выполнение, при необходимости, НИР и НИОКР, сопровождающих разработку специальных технических условий проектирования и проекта — в дополнение к исследованиям, проведенным на этапе 2.
– Разработка проекта организации строительства (ПОС).
– Разработка проекта производства работ (ППР).
● Этап 6. Подготовка к осуществлению проекта.
На данном этапе осуществляются:
– Разработка технологии (технологических регламентов) заводского (или приобъектного) изготовления и приемки элементов
конструктивных форм сооружения, проектирование оснасток и
другого сложного (специального) оборудования для изготовления
конструкций, их транспортировки и монтажа.
28
– Разработка технологических регламентов для стадии строительства.
– Развитие (настройка) действующих или создание новых систем управления качеством изготовления конструкций и качеством строительства объекта в целом.
– Разработка программ обследований и испытаний в процессе
строительства (при необходимости) и перед сдачей завершенного
объекта в эксплуатацию. Разработка инструкций и рекомендаций
по эксплуатации сооружения (проекта эксплуатации) с полным
учетом специфики внедряемых конструктивных форм.
– Разработка проектов мониторинга сооружения на этапах его
возведения и эксплуатации.
– Разработка с учѐтом проекта мониторинга программ и оборудования для исследований поведения сооружения (в первую
очередь, уникального) на стадиях его строительства и эксплуатации, прежде всего — для изучения действительной работы элементов новых и усовершенствованных конструктивных форм.
● Этап 7. Изготовление элементов конструкций и организа-
ция их доставки на площадку строительства.
На этапе осуществляются:
– Заводское и (или) приобъектное, на полигоне, изготовление
монтажных блоков конструкций (или целых конструкций), контроль качества изготовления, включая при необходимости контрольную сборку крупных фрагментов сооружения.
– Доставка изготовленных и прошедших заводской контроль
конструкций на строительную площадку. Организация входного
контроля доставляемых конструкций.
– Организация механических контрольных испытаний деталей, узлов, несущих элементов в рамках системы управления качеством строительства.
● Этап 8. Строительство.
На этапе производятся:
– Подготовительные и основные строительные работы на основе разработанной, согласованной и утвержденной в установленном порядке проектно-сметной документации и технологических регламентов.
– Входной контроль доставленных на строительную площадку
конструкций заводского и полигонного изготовления.
29
– Обеспечение безопасности монтажа сооружения и контроль
качества строительства на основе действующей системы управления качеством выполнения строительных работ.
– Окончательная регулировка внутренних усилий в несущих
элементах, опорных реакций и геометрии возведенного сооружения.
– Обследования и испытания объекта перед его приемкой в
эксплуатацию. Устранение выявленных недоделок и дефектов
строительства.
– Приемка сооружения (возможно, в составе строительного
комплекса) в эксплуатацию.
● Этап 9. Эксплуатация до капитальных ремонтов.
На данном этапе осуществляются:
– Временная эксплуатация объекта при не полностью реализованном рабочем проекте при необходимости, в особых условиях
строительства, оговоренных инженерным проектом.
– Опытная эксплуатация сооружения с расширенным контролем за новыми или усовершенствованными конструктивными
формами. (Этот режим действует только в условиях опытного
или экспериментального строительства, что вполне оправдано и
даже необходимо для новых, особенно уникальных, или радикально модифицированных известных технических решений).
– Постоянная эксплуатация сооружения на основе проекта
эксплуатации объекта, а также, возможно, с использованием ряда
разработанных в течение длительной эксплуатации дополнительных инструкций, указаний, рекомендаций. При разбиении объекта строительства на пусковые комплексы процесс ввода сооружения в эксплуатацию определяется программой ввода этих комплексов в постоянную эксплуатацию и может растягиваться даже
на десятилетия.
– Реализация проекта эксплуатации сооружения — поддержание эксплуатационной пригодности конструкций и технологического оборудования, т.е. выполнение регламентных работ по
надзору, уходу, профилактике и устранению дефектов.
– Мониторинг напряженно-деформированного состояния
(НДС) несущих элементов и функционирования вспомогательных элементов конструктивных форм, а для сложных, особо ответственных и уникальных сооружений, — мониторинг объекта и
30
окружающей объект среды его функционирования на основе специального проекта.
– Выявление и устранение предаварийных ситуаций, возникающих на сооружении.
– Ликвидация аварий сооружения. Восстановление нормального режима эксплуатации сооружения, определение остаточного
ресурса его эксплуатации с учетом последствий аварий. Разработка комплекса дополнительных мероприятий для предотвращения новых аварий.
● Этап 10. Капитальные ремонты и эксплуатация после ка-
питальных ремонтов.
На данном этапе производят:
– Периодические и специальные ремонтные работы, необходимые для обеспечения режима нормальной эксплуатации сооружения на уровне нормативных параметров, заложенных в
проект сооружения.
– Капитальные ремонты включают замены отдельных деталей,
несущих и (или) вспомогательных элементов конструктивных
форм или замену (обновление) отдельных конструктивных форм
без изменения технических характеристик сооружения, предусмотренных осуществленным проектом.
● Этап 11. Реконструкция и эксплуатация после проведения
реконструкции (ниже «Реконструкция…»).
На этапе осуществляются:
– Принятие решения о реконструкции сооружения. Такое решение может стать неизбежным при следующих обстоятельствах:
возникновение потребности в модификации (интенси-
фикации) технологических процессов, для осуществления ко-
торых возводилось сооружение;
необходимость перехода к принципиально новому тех-
нологическому заказу на эксплуатацию сооружения, требую-
щему радикальных изменений в конструкциях и замены обо-
рудования;
накопление из-за неудовлетворительной эксплуатации
повреждений несущих элементов некоторых конструктивных
форм, требующее их обновления или замены более совершен-
ными;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]