Математическое и компьютерное моделирования в механике деформируемых сред

1.

Математическое и компьютерное моделирования в механике деформируемых сред и
конструкций напряженно- деформированного состояния модульных систем трехгранных
ферм с предварительным напряжением для плоских покрытий с неразрезными поясами
пятигранного составного профиля для надстройки реконструируемых домов первой массовой
серии Инженерный Вестник Русской Народной Дружины Научная статья

2.

ВЕСТНИК газеты «Армия Защитников Отечества» № 6 от 09 июля 2023 Информационное агентство
«Русская Народная Дружина» № 6 от 09.07.2023 [email protected] (812) 694-78-10, (921) 962-67-78,
(911) 175-84-65, т/ф (812) 694-78-10
ФГАОУ ВО «СПбПУ» № RA.RU.21ТЛ09 от 26.01.2017, 195251, СПб, ул. Политехническая, д 29, организация «Сейсмофонд» при СПб ГАСУ ОГРН: 1022000000824, т/ф:(812) (812) 69478-10 https://www.spbstu.ru [email protected] Испытательного центра СПб ГАСУ, аккредитован Федеральной службой по аккредитации (аттестат № RA.RU.21СТ39, выдан
23.06.2015), ОО "Сейсмофонд" при СПб ГАСУ
190005, СПб, 2-я Красноармейская д 4 ( СПб ГАСУ) ОГРН: 1022000000824 ИНН 2014000780 )
[email protected] [email protected] [email protected] (981) -886-57-42, (981) 276-4992 УДК 69.059

3.

Организация Сейсмофонд при СПб ГАСУ Улубаев Солт –Ахмад Хаджиевич [email protected] ,
Сайдулаев Казбек Майрбекович [email protected] , Уздина Александр Михайлович
[email protected] , Темнов Владимир Григорьевич
[email protected] , Егорова Ольга Александровна [email protected] , Андреева
Елена Ивановна [email protected] , Богданова Ирина Александровна [email protected] ,
Елисеев Владислав Кириллович [email protected] , Елисеева Яна Кирилловна
[email protected] , Кадашов Александр Ивановича [email protected] : «Фонда поддержки
и развития сейсмостойкого строительства» «Защита и безопасность городов «Сейсмофонд» ОГРН
1022000000824 , ИНН 2014000780 , КПП 201401001 Вестник «Русской Народной Дружины»
ПГУПС – 2023 190005, СПб 2-я Красноармейская дом 4 СПб ГАСУ. т/ф ( 812) 694-78-10, ( 921) 96267-78, (911) 175-84-65
Математическое и компьютерное моделирования в механике
деформируемых сред и конструкций напряженнодеформированного состояния модульных систем трехгранных
ферм с предварительным напряжением для плоских покрытий с

4.

неразрезными поясами пятигранного составного профиля для
надстройки реконструируемых домов первой массовой серии
Кадашов Александр Иванович : заместитель Президента организации "Сейсмофонд" при СПб ГАСУ [email protected]
(911) 175-84-65
Егорова Ольга Александровна заместитель ПГУПС ктн ,доц [email protected] (965) 753 322-22-02
mir2022205630539333@yandex,ru
Уздин Александр Михайлович ПГУПС проф. дтн: [email protected] ( 921) 788-33-64 [email protected] [email protected]
Е.И.Андреева зам Президента ОО «СЕЙСМОФОНД» при СПб ГАСУ (812) 694-7810 (921) 962-67-78 [email protected]

5.

Богданова Ирина Александровна: заместитель Президента организации "Сейсмофонд" при СПб ГАСУ [email protected] (981)276-49-92, (812) -69478-10
Елисеева Яна Кирилловна ученица 9 класса школа 554 Приморский район [email protected] rodinailismert@@list.ru
Елисеев Владислав Кириллович студент второй курс Радитехнического техникум (911) 175-84-65 [email protected]
Тихонов Юрий Михайлович проф дтн СПб ГАСУ
при СПб ГАСУ (981) 886-75-42 [email protected] [email protected]
Алексеева Е Л ктн Политехнический Университет Гидрофак лаборатория строительная ( 812) 694-78-10 [email protected]

6.

Аубакирова И А ктн доц СПб ГАСУ [email protected] ( 921) 962-67-78 [email protected]
[email protected]
Темнов Владимир Григорьевич дтн проф ПГУПС [email protected] [email protected] [email protected] ( 911) 175-84-65
От организации «Сейсмофонд» при СПб ГАСУ Улубаев Солт –Ахмад Хаджиевич [email protected]
, Сайдулаев Казбек Майрбекович [email protected] , Уздина Александр Михайлович
[email protected] , Темнов Владимир Григорьевич
[email protected] , Егорова Ольга Александровна [email protected] , Андреева
Елена Ивановна [email protected] , Богданова Ирина Александровна [email protected] ,
Елисеев Владислав Кириллович [email protected] , Елисеева Яна Кирилловна
[email protected] , Кадашов Александр Ивановича [email protected] : «Фонда поддержки
и развития сейсмостойкого строительства» «Защита и безопасность городов «Сейсмофонд» ОГРН
1022000000824 , ИНН 2014000780 , КПП 201401001 Вестник «Русской Народной Дружины»
ПГУПС – 2023 190005, СПб 2-я Красноармейская дом 4 СПб ГАСУ. т/ф ( 812) 694-78-10, ( 921) 96267-78, (911) 175-84-65

7.

УДК 69.059.38

8.

Математическое и компьютерное моделирования в механике деформируемых сред и
конструкций напряженно- деформированного состояния модульных систем трехгранных
ферм с предварительным напряжением для плоских покрытий с неразрезными поясами
пятигранного составного профиля для надстройки реконструируемых домов первой массовой
серии
Аннотация. В статье изложены математические и компьютерные
моделирование в механике деформируемых сред и конструкций
напряженно- деформированного состояния модульных систем трехгранных
ферм с предварительным напряжением для плоских покрытий с
неразрезными поясами пятигранного составного профиля для надстройки
реконструируемых домов первой массовой серии
результаты теоретических и экспериментальных исследований,
направленных на разработку и совершенствование конструктивных и
организационно-технологических решений в проектах реконструкции
пятиэтажных жилых домов массовой застройки, разработку и
совершенствование методов экономического обоснования, меры по
сокращению стоимости двух рассмотренных вариантов, сравнения которых
позволит повысить эффективность данного вида реконструкции с
применением несущего стального каркаса.

9.

Ключевые слова: математические и компьютерные моделирование в
механике деформируемых сред и конструкций напряженнодеформированного состояния модульных систем трехгранных ферм с
предварительным напряжением для плоских покрытий с неразрезными
поясами пятигранного составного профиля для надстройки
реконструируемых домов первой массовой серии , здания первой массовой
серии, реконструкция жилых зданий, многоэтажная надстройка.
ВВЕДЕНИЕ
Анализ сложившейся ситуации в стране с обеспеченностью населения
жильем, состояния жилищного строительства и существующего жилого
фонда показывает, что жилищная проблема еще несколько десятилетий
будет оставаться актуальной.
Старый жилой фонд представлен, в основном типовыми
крупнопанельными, крупноблочными и кирпичными зданиями,
запроектированными и построенными по устаревшим нормам строительной
теплотехники.

10.

В создавшихся экономических условиях особую актуальность
приобретает разработка стратегии комплексного решения проблемы нового
жилищного строительства и сохранности существующего жилого фонда с
реконструкцией домов первых массовых серий и последующих серий, в
направлении повышения их потребительских качеств, продления
жизненного цикла, снижения эксплуатационных затрат и улучшения их
архитектурного облика.
Один из вариантов реконструкции зданий первых массовых серий,
предложенный д.т.н., профессором М.М. Жербиным и д.т.н., профессором
В.И. Большаковым, предполагает проведение работ по капитальному
ремонту и перепланировке помещений в существующем здании,
надстраиваемом до 10-15 и даже 20 этажей металлическими каркасами. Это
позволяет получить значительное количество дополнительной жилищной
площади с высоко комфортабельными квартирами и придать зданию
специфическую архитектурную выразительность. Предложенный метод,
возможно, использовать для других зданий, с любым состоянием наружных
стен и фундаментов. Он предусматривает опирание надстройки на
отдельные специальные фундаменты. Таким образом, существующее здание
не воспринимает дополнительных нагрузок. Вместе с тем, при
использовании подобных методов возникают и некоторые проблемы с
нагрузкой на надстройку, что требует новых подходов к решению проблемы
реконструкции, для чего предлагается использование нормальной

11.

прочности и высокопрочных сталей, которые раньше не использовались в
строительстве. Таким образом, все несущие элементы выполняются из
легких стальных конструкций эффективных высокопрочных сталей,
исключая тяжелый сборный железобетон. В России есть все предпосылки
для создания собственного производства стальных каркасов.
Использование металла в строительстве уже освоено во всем мире.
Знаменитые небоскребы построены именно на металлическом каркасе.
Металл - это высокопрочный, высокоэффективный и экономически
выгодный материал для гражданского строительства. Конечно при
использовании металла, как и при использовании любого другого
строительного материала, возникают и некоторые проблемы, которые в
настоящее время решаются с помощью новейших технологий.
Предложенный вариант использования эффективных высокопрочных
сталей, как материала для наиболее нагруженных элементов надстройки,
является целью получения значительного эффекта за счет снижения массы
конструкции в сравнении с монолитным железобетоном. Также выбор
строительных материалов для надстраиваемых каркасов между монолитным
железобетоном
и металлом в пользу последнего является перспективным для использования
в гражданском строительстве и реконструкции жилого фонда России.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ, МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ

12.

В настоящее время в большинстве городов России накопился ряд
крупномасштабных критических проблем, затрудняющих их нормальное
развитие и функционирование. Большая часть этих проблем по содержанию
и актуальности являются общими для всех городов [1-3].
Основная часть жилого фонда страны - более 80% сосредоточена в
городах и поселках городского типа. Ежегодные объемы нового
строительства жилья в 90-х годах превышают 1,5% от объемов
существующего жилого фонда, с учетом естественного выбытия ветхих
домов ежегодный прирост жилого фонда составляет около 1%. Острота
жилищной проблемы нарастает.
В этих условиях особую актуальность как в России в целом, так и в
каждом городе приобретает задача сохранения существующего жилого
фонда, посредством грамотной его эксплуатации и своевременной
реконструкции жилья, особенно домов первых массовых серий [212]. Это
осуществимо при непременном условии комплексного рассмотрения и
взаимосогласованного решения градостроительных, архитектурных,
конструктивных, организационно-технологических, социальных,
экономических и экологических аспектов проблемы вторичной застройки
застроенных территорий.
Реализация идей вторичной застройки жилых многоэтажных кварталов
без сноса существующих домов возможна в каждом городе. При этом
требуется тщательное рассмотрение социально-экономических и

13.

градостроительных условий и выполнение комплекса прединвестиционных
исследований с учетом состояния инвестиционного рынка, технических
возможностей базы домостроения, наличия задела по вновь освоенным
территориям жилой застройки, сложившейся системы транспортной,
энергетической и другой инженерной инфраструктуры. Процесс вторичной
застройки городов займет значительный период времени. В результате его
реализации должен измениться не только архитектурный облик
реконструируемых кварталов, но и в целом города. Практически
преобразуется среда обитания, условия социального обслуживания,
транспортные связи, энергетические источники и многое другое.
Комплексное решение такой крупномасштабной проблемы требует научных
обоснований, проектных разработок, экономических расчетов и
экспериментальной проверки. Представляется целесообразным при научном
обеспечении в ближайшее время осуществить разработку научно-проектной
документации и экспериментальную вторичную застройку одного квартала
в каждом крупном городе России.
Предлагаемые модели реконструкции жилья, посредством вторичной
застройки малоэтажных кварталов или надстройки этажей сопровождаются
существенным приростом жилых площадей и числа квартир. Их реализация
сопряжена с дополнительной потребностью энергоресурсов на отопление,
горячее водоснабжение и электро-обеспечение новых квартир и
расширенной сети объектов социальной инфраструктуры.

14.

Удовлетворение этих потребностей необходимо решать, прежде всего, за
счет снижения затрат энергоресурсов на единицу жилой площади при
реконструкции жилых домов, организации учета, контроля и регулировании
их расходования, экономических и правовых рычагов воздействия на
потребителей, стимулируя экономию энергоресурсов и за счет развития
существующих или создания новых энергоисточников и модернизации
энергосетей. Только системное рассмотрение и решение всех составляющих
проблемы энергосбережения может обеспечить получение желаемых
результатов [8, 10-12].
Несмотря на уже очерченный представленными работами круг научных и
правовых вопросов в России, Украине, Беларусии, да и в дальнем зарубежье,
имеются только частные случаи их рассмотрения и принимаемого решения.
Следует признать отсутствие приемлемой задачи рассмотрения и выбора
оптимальных, или хотя бы рациональных, организационнотехнологических, а с ними и объемно-планировочных решений
продолжения жизненного цикла имеющегося фонда жилья.
К началу нынешнего века в России реализуются уже не отдельные
проекты, а десятки объектов в разных городах. Многими публикациями
последних лет в Российской Федерации обосновывается снижение
стоимости вводимой в надстройках полезной дополнительной площади в
пределах от 20 до 40%, по сравнению с новым строительством.

15.

Эффективность мансардного строительства долгое время ставили под
сомнение. Такое мнение частично могло в то время
объяснить наметившееся отставание жилищно-коммунального комплекса в
реконструкции гражданских зданий. Следует отметить, что позже
надстройка и пристройка была признана как эффективный метод продления
жизненного цикла жилых зданий первых массовых серий [13-17].
Специалистами Н.С. Болотских, О.И. Болотских, Д.Ф. Гончаренко, И.В
Коринько, В.И. Торкатюком, В.В. Савйовским, В.Т. Шалленным, пожалуй,
была сделана попытка обобщения опыта производства работ по
реконструкции гражданских объектов, предложены и обобщены способы
реконструкции и модернизации жилых домов первых массовых серий,
предложена концепция их модернизации с продлением жизненного цикла
путем реконструкции. Для чего произведена классификация возможных
методов и конструктивных решений, приемлемых при реконструкции,
предлагаются собственные, запатентованные объемно-планировочные,
конструктивно-технологические и организационные решения по
реконструкции домов первых массовых серий.
Намного сложнее проблема исследования социально экономической,
технологической эффективности не отдельных рассматриваемых этапов, а
всего жизненного цикла гражданских зданий и сооружений. Сложность
изучаемых решений и необходимость комплексного подхода к решению
поставленной задачи на социально-экономическом уровне, научно-

16.

технической проблемы обоснования, а также основополагающие труды
ведущих отечественных и зарубежных ученых в области технологии и
организации строительства предопределяют необходимость системного
подхода к ее решению [15-17].
Известные в мире основополагающие идеи теории систем и системного
подхода, разработанные Н.П. Бусленко, на сегодня используются,
развиваются и применяются многими исследователями. В данной отрасли в
бывшем Советском Союзе ее родоначальниками и последователями можно
назвать А.А Афанасьева, Ю.И. Белякова, В.И. Большакова, С.И. Булгакова,
А.Ф. Гаевого, Е.В. Горохова, А.А. Гусакова, Д.Ф. Гончаренко, Д.Ф.
Друкованного, Г.К. Злобина, Л.В. Киевского, А.Б. Ливинского, П.П.
Олейника, А.Г. Онищенко, Б.В. Прыкина, В.И. Торкатюка, Р.И. Фокова, В.Т.
Шаленного, А.К. Шрейбера, К.А. Шрейбера и многих других.
С позиций современных системных подходов, заметное развитие
получили работы, основной целью которых является поиск модернизации
сначала производственных, а затем и гражданских зданий. К ним относятся
работы В.А. Давыдова, Б.С. Дамаскина, В.Д. Жвана, Е.В., Матвеева Е.П.,
Кравчукрвской П.С., Папирныка Р.Б., Саркисьяна Г.А., Романенко И.И.,
Романушко С.Г., Уварова Е.П., Франивского А.А. и др.
Чтобы и в старых исторических районах городов ввести реконструкцию и
ремонт жилых зданий на современном, научно-обоснованном уровне,
необходимо от выборочной реконструкции, переустройства, перейти к

17.

последовательной, комплексной реконструкции целых градостроительных
образований, районов старой застройки групповым методом, к
превращению их в «образцовые микрорайоны» с учетом всех исторических
и конструктивно-планировочных особенностей жилых зданий этих
микрорайонов и применительно к их типам-представителям [7, 8, 10, 11, 1824].

18.

19.

20.

21.

22.

23.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью исследования является совершенствование организационнотехнологических схем реконструкции 5-ти этажных жилых домов первых

24.

массовых серий с использованием надстроек из металлического каркаса с
применением эффективных высокопрочных сталей и монолитного
железобетона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- проанализировать существующие конструктивные схемы
реконструкции 5-ти этажных жилых домов первых массовых серий,
построенных в 50 - 60 годы прошлого века;
- провести оценку каркасов, которая влияет на выбор техникоэкономических показателей при реконструкции на примере одной секции
жилого пятиэтажного дома серии 1-335;
- провести сравнительный анализ вариантов надстроек с использованием
металлического каркаса с применением эффективных высокопрочных
сталей и монолитного железобетона;
- дать оценку сравнительной эффективности вариантов реконструкции 5ти этажных жилых домов с использованием металлического каркаса и
монолитного железобетона.
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ С РЕЗУЛЬТАТАМИ И ИХ АНАЛИЗОМ и
математические и компьютерные моделирование в механике
деформируемых сред и конструкций напряженно- деформированного

25.

состояния модульных систем трехгранных ферм с предварительным
напряжением для плоских покрытий с неразрезными поясами
пятигранного составного профиля для надстройки реконструируемых
домов первой массовой серии
В настоящее время преобразование и развитие старых городов, как
альтернатива бытовавшему ранее приоритету строительства новых,
приобретает все большее значение. В связи с этим возрастает роль
реконструкции городов. В большинстве городов процесс развития идет за
счет модернизации давно освоенных территорий, прежде всего
исторического центра. Закономерно, что со временем эта тенденция только
усилится. Снос - это не единственный путь реконструкции жилой застройки
первого периода индустриального домостроения.
Московский опыт сноса домов первых массовых серий и строительство
на их месте коммерческого жилья, в цену которого включают и затраты на
снос, расселение людей, модернизацию инженерных сетей и реконструкцию
благоустройства прилегающей территории, не может быть сегодня
распространен в других регионах России из-за несопоставимых цен на
жилье, а значит нерентабельности такого метода для нашей страны.
Следовательно, изыскание новых действенных путей реконструкции таких
зданий с обязательной их надстройкой до 9-10 этажей, а в отдельных

26.

случаях и выше, с образованием в них современных квартир представляют
серьезную мало исследованную градостроительную и технологическую
проблему.
При этом ограждающие конструкции и перекрытия выполняются из
легких эффективных стеновых материалов. Дополнительные квартиры,
полученные в надстраиваемой части здания, отвечают всем современным
требованиям, предъявляемым к жилью. Количество квартир после
реконструкции в здании не уменьшается, а увеличивается, что говорит об
окупаемости и возможности получения дополнительной прибыли и делает
предлагаемый метод реконструкции привлекательным и
конкурентоспособным для инвесторов.
Для примера приводятся наглядные материалы одного из домов первых
массовых серий, который может реконструироваться одним из вариантов
надстройки металлическим каркасом приведенным ниже.
Схема компоновки модульной надстройки каркаса показана на рисунке 1
б-в.
Ограждающие конструкции и перекрытия выполняются из легких
эффективных стеновых материалов. Дополнительные квартиры, полученные
в надстраиваемой части здания отвечают всем современным требованиям
предъявляемых к жилью (рис. 1 г).
Таким образом, правильный выбор стратегии, видов и способов
реконструкции возможен при комплексном (системном) подходе к оценке

27.

проектных решений по реконструкции жилой застройки. При этом
необходимо учитывать не только прямые, но и сопряженные расходы, не
только единовременные, ремонтно-строительные, но и косвенные затраты
на содержание объектов. Кроме того, должны быть учтены новые факторы и
методические требования, нормирующие целесообразность предлагаемых
работ в условиях рыночных отношений (возможные доходы с учетом
маркетинговой ситуации, расчетной цены земли, рейтинга территорий и
т.п.).
Многолетняя строительная практика показала, что обычно догружать
эксплуатируемые здания можно в пределах 20% испытываемой ими
нагрузки, например, пятиэтажный дом можно повысить на один этаж.
Надстройка свыше одного этажа, как правило, требует либо больших
запасов прочности существующих конструкций зданий, что случается
далеко не всегда, либо применения более легких материалов или
специальных конструктивных решений, например, возведения мансард, что
малоэффективно. Вместе с тем практика показывает, что если повышать
малоэтажные дома, то следует добавлять не менее 4-5 полноценных этажа, а
иногда и более. При этом такие реконструированные здания должны
соответствовать современным требованиям градостроительства и
проживания в них.

28.

Рис. 1. Модель надстраиваемого многоэтажного каркаса: а - существующее
здание; б,в - монтаж многоэтажной надстройки; г - реконструированное
здание
К числу неудач попыток повышения таких зданий можно отнести
основные две: стремление использовать существующие стены и
фундаменты в качестве оснований для надстраиваемых зданий этажей и
применение тяжелого железобетона в качестве основного материала, в том
числе и для перекрытия 12-15 метровых пролетов, неизбежно
появляющихся при надстройке домов, что в несколько раз увеличивало
массу здания, усложняло его конструкцию и фундаменты. Сказанное
является важным еще и потому, что многие десятилетия строительство в
странах СНГ (и в России) осуществляется традиционными методами с
максимальным использованием железобетона (в том числе и сборного) отличного строительного материала, однако обладающего значительной
массой, большими габаритами конструкций и требующего значительных
энергозатрат и денежных средств на транспортировку конструкций к месту
строительства и подъем их в проектное положение. Конструкции из сталей
легче аналогичных железобетонных в 7-12 раз. При этом стали обладают
значительно большей относительной прочностью, чем другие строительные
материалы. Применение стальных конструкций позволяет возводить здания
и сооружения любых размеров, с большими пролетами и высотой.

29.

Отличительной чертой металлических конструкций также является их
высокая индустриальность изготовления и монтажа благодаря
сравнительной простоте обработки и передела металла, технологичности
монтажных соединений, удобства транспортирования (малый вес),
возможности монтажа крупными блоками.

30.

31.

Выбор наиболее эффективных строительных материалов и
конструктивных решений для строительства жилых и гражданских зданий
представляет несомненный интерес, а использование при надстройке зданий
стальных конструкций вместо традиционного железобетона требует
обоснования.
В связи с тем, что проектирование многоэтажных зданий со стальными
каркасами тесно связано со многими проблемами, особое значение
принимает оптимальное проектирование с выбором характеристик
сооружения, при котором возведенное здание будет иметь относительно
лучшие показатели. Главнейшими из этих показателей, хотя и не
единственными, являются затраты металла и железобетона, отнесенные к
одному квадратному метру суммарной площади всех перекрытий. При этом
необходимо рассматривать отдельно затраты стали на собственно каркас и
затраты стали, необходимой для армирования железобетонных элементов (в
основном перекрытий).
Затраты металла принимаются в кг/м2, железобетона - в м3/м2 . В
зарубежной практике зачастую эти показатели относят не к одному
квадратному метру, а к одному кубическому метру строительного объема
всего здания.
Анализ и исследование построенных зданий со стальными каркасами, как
в России, так и за рубежом показывают большую разбросанность

32.

показателей и зависимость их от значительного количества обстоятельств,
помимо оптимальности системы каркасов:
1. Стоимость строительства. Зависит от района строительства, стоимости
строительных материалов, архитектурных решений, отделочных работ,
системы каркаса, общей технологии строительства и действующих в
рассматриваемое время цен.
2. Сроки строительства. Зависят от многих причин, но во многом от
системы стального каркаса и методов его монтажа.
Например, интересен метод монтажа металлоконструкций гостиницы
«Альфа» в Амстердаме: 18 - этажные стальные рамы поперечника здания
полностью собирались на земле и поднимались в проектное положение
целиком, что существенно сокращало сроки строительства и стало
возможным только при применении стальных конструкций. Зарубежный
опыт показывает, что сроки возведения зданий со стальным каркасом
высотой 10.. .20 этажей составляют в основном от одного до двух, в
отдельных случаях, трех лет. Вместе с тем, 110-этажное здание в Чикаго
«Сирс-билдинг» было построено в рекордно короткий срок-всего за 15
месяцев (правда, за счет завышенных затрат стали), а 28-этажное здание
вычислительного центра Аэропорта в Киеве строилось много лет.
3. Оценка качества архитектурно-планировочных решений. Зависит от
требований заказчика, творческих замыслов архитекторов и является
условным показателем. Предпочтение должно отдаваться решениям с

33.

минимальным количеством вспомогательных помещений, коридоров и
наличием плоскостей стен без проемов (для размещения связей жесткости),
планом, удобным для расположения колонн, а также решениям,
обеспечивающим противопожарные требования.
4. Масса надземной части должна быть минимальной. Это объясняется
многими причинами и прежде всего тем, что элементы стальных
конструкций легче аналогичных железобетонных в 7.12 раз.
5. Горизонтальные прогибы зданий в металлических конструкциях
должны быть минимальными в пределах, указанных в СП 16.13330.2017.
6. Затраты стали. По исследованным построенным зданиям с
металлическими каркасами они имеют очень большой разброс. Вместе с
тем, учитывая рациональный выбор современных систем каркасов,
правильный выбор сталей, разумный учет и снижение нагрузок, можно
высказать следующие предположения [25]:
A) По зданиям высотой 10.20 этажей затраты стали могут составлять 3040 кг/м2 общей площади этажей.
Б) По зданиям высотой 30.40 этажей они в среднем могут находиться в
пределах 60 кг/м2 общей площади этажей.
B) В зданиях высотой 60.70 этажей количество металла в среднем
должно составлять около 80-90 кг/м2 общей площади этажей.
Г) В сверхвысотных зданиях, имеющих 100 и более этажей, затраты
стали будут велики и могут доходить до 150.200 кг/м2 общей площади

34.

этажей. Так как с увеличением высоты здания затраты металла резко растут,
указанные показатели могут оказаться заниженными.
Обобщая изложенное, нужно иметь ввиду, что приведенные данные по
расходу металла и другие показатели являются сугубо ориентировочными и
могут служить только в качестве предварительной оценки качества вновь
проектируемых высотных зданий.
Стоит напомнить, что затраты металла в 110-этажных башнях Торгового
центра в Нью-Йорке, разрушенных террористами, составляли 186 кг/м2, в
110 - этажном здании «Сирс-билдинг» в Чикаго-160 кг/м2, а в 100-этажном
здании «Джон Хэнкок Центр» в Чикаго-145 кг/м.2 В зданиях количеством
этажей от 18 до 35 затраты металла колеблются от 21,0 до 100 кг/м2 [25].
Количество арматурной стали в зарубежных домах со стальными
каркасами составляет около 8,0...10,0 кг/м2 при среднем объеме
железобетона в основном на перекрытия около 0,15.0,20 м3/м2, хотя в
отдельных случаях эти показатели оказываются и иными.
8. При реконструкции существующих 3-5-этажных типовых домов
(«хрущевок») с надстройкой в металлических конструкциях до 10 этажей
количество металла невелико и находится в пределах около 30.35 кг/м2
общей площади надстраиваемых этажей.
9. Неожиданные результаты получились при исследовании
металлоемкости пятиэтажных типовых домов, спроектированных в СССР в
50-60 годах прошлого века. Их анализ показал в ряде случаев чрезвычайно

35.

высокие, абсолютно не оправданные затраты металла, доходящие до 85
кг/м2, при большом использовании при этом железобетона и кирпича.
10. В современных проектах отечественных типовых железобетонных 1620-этажных жилых домов средние затраты металла составляют около 40.60
кг/м2 [25].
Как было сказано, несмотря на то, что все вышеприведенные показатели
являются в некоторой степени условными, все же путем сопоставления они
могут дать представление об эффективности новых проектов многоэтажных
и сверхвысотных домов со стальными каркасами.
Один из интересных проектов модернизации существующих зданий,
являются проектные предложения по существенному увеличению общей
площади за счет надстройки нескольких этажей [25]. Надстройка этажей
производится без какой-либо догрузки существующего здания путем
применения обнимающего и, не соединенного с ним, стального рамного
каркаса, устанавливаемого на буронабивные свайные фундаменты,
расположенные с обеих продольных сторон дома. Такой метод возможен
для любых зданий, с любым состоянием наружных стен и фундаментов. Он
предусматривает опирание надстройки на отдельные специальные
фундаменты. Предлагаемый нами вариант реконструкции зданий,
предполагает проведение работ по капитальному ремонту и перепланировке
помещений в существующем здании, надстраиваемом до 10-15-20 этажей.
Такое решение позволяет получить значительное количество

36.

дополнительной жилищной площади с высоко комфортабельными
квартирами и придать зданию специфическую архитектурную
выразительность. Таким образом, существующее здание не воспринимает
дополнительных нагрузок. Все несущие элементы выполняются из легких
стальных конструкций из эффективных высокопрочных сталей, исключая
тяжелый сборный железобетон. В России есть все предпосылки для
создания собственного производства стальных каркасов, так как она
является крупнейшим металлургическим центром.
Стеновые конструкции выполняются из легких эффективных стеновых
материалов. Концепция позволяет реконструировать малоэтажные и
надстраивать высотные здания, в то числе в плотно застроенных
центральных частях городов, сохраняя и модернизируя дома в свете
современных градостроительных требований [19, 25].
Также делая реконструкцию по схеме, предложенной нами, мы получаем
результат в более ранние сроки (что обуславливается тем что металлические
конструкции более легки в монтаже и установке) и получаем значительный
эффект за счѐт снижения массы конструкции из высокопрочной стали, что
ведѐт к экономии средств [25].
Желательно также соблюдение ряда дополнительных требований.
Например, прямоугольное расположение фасадных плоскостей с
минимальными выступами и впадинами, т.е. придание в плане зданию
простых форм в виде квадратов, прямоугольников и т.д. Важной является

37.

расстановка внешних колонн каркаса - они могут быть вынесены наружу за
пределы здания и стальной каркас получается видимым, что меняет
архитектурное решение фасадных плоскостей и во многом может украшать
здание (рис. 2,
з).
Разрез 1-1

38.

39.

Рис. 2. Модель надстраиваемого металлического
надстраиваемого
каркаса металлического каркаса
Рис. 3. Разрез модели
Стальной каркас также может быть размещен внутри здания, т.е. быть
невидимым. Однако, и то, и другое решение имеет как положительные, так
и отрицательные свойства. Желательно также при планировке таких зданий
оставлять некоторые стены без проемов для возможности установки
вертикальных связевых ферм жѐсткости. Особое внимание необходимо
обращать на общую противопожарную надежность здания и определять
места, требующие особой противопожарной защиты стальных конструкций.
Действующие на стальной каркас нагрузки по их приложению можно
разделить на три вида:
1 - вертикальные постоянные и временные нагрузки, действующие на
междуэтажные перекрытия и кровлю;
2 - вертикальные нагрузки, передаваемые от перекрытий на колонны и
вертикальные нагрузки от веса наружных стеновых ограждений, также
воспринимаемые колоннами;
3 - горизонтальные нагрузки от давления ветра и других горизонтальных
воздействий (например, сейсмических), воспринимаемые зданием целиком
колоннами и другими элементами каркаса.

40.

При создании расчѐтной модели здания следует учесть перечисленные
сочетания нагрузок.
Приступая к формообразованию стального каркаса, необходимо было
предварительно подобрать:
1. Типы сталей, наиболее пригодных к сильно нагруженным, а также
массовым элементам проектируемого сооружения. Рационально
использование не более трех видов сталей на каркас одного здания;
2. Тип и конструкцию ограждающих наружных стен, которые должны
обладать минимальной массой, должны быть простыми в изготовлении и
монтаже;
3. Методы обеспечения горизонтальной жесткости и минимальной
деформативности всего сооружения;
4. Тип и конструкцию основания и фундаментов под каркас;
5. Просчитать возможность монтажа каркаса крупными блоками с
размерами в несколько этажей.
Ниже приведены разработанные в результате моделирования
конструктивные схемы сравниваемых вариантов надстроек (рис. 4, 5).
Дальнейший расчѐт многоэтажных надстроек выполнялся в программном
комплексе SCAD. Для сравнения стальных многоэтажных надстроек была
выбрана конструкционная сталь С245 нормальной прочности и
низкоуглеродистые, микролегированные стали С440 и С550 повышенной
прочности [26].

41.

Сравнение данных вариантов необходимо было начать с вычисления
массы бетона в м3 и арматуры в кг в рамах железобетонных для 7-ми и 11 ти этажей (Р7-ЖБК и Р11 -ЖБК) и расхода металла по элементам в стальных
рамах 7-ми и 11-ти этажей из сталей соответственно С245, С440 и С550 (Р7 С245, Р7 - С440, Р7 - С550, Р11 - С245, Р11 - С440, Р11 - С550). Далее
выполнялся расчѐт 7-ми и 11-ти этажной надстройки с использованием
сталей С245, С440, С550. Полученные в результате моделирования
сравнительные характеристики расхода основных материалов надстроек
приведены на рисунках 6-8.
Рис. 4. Схема 7-ми этажной (а) и 11-ти этажной (б) надстройки стального
каркаса
Рис. 5. Схема 7-ми этажной (а) и 11-ти этажной (б) надстройки из
монолитного железобетона
Рис. 6. Масса бетона и арматуры в железобетонной раме 7-ми и 11-ти
этажной надстройки, т
220 210 200 190 180 170 160

42.

214,378
Рис. 7. Масса металлических конструкций рам 7-ми этажной надстройки, т
Рама 7 эт. С245
Рама 7 эт. С440
Рама 7 эт. С550
Рис. 8. Масса металлических конструкций рам 11-ти этажной надстройки, т
Ниже приведены результаты расчетов трудоемкости двух рассмотренных
вариантов надстроек зданий и соответствующих им продолжительности
выполнения работ, которые показывают расчѐтные сроки возведения
надстроек в днях (рис. 9, 10).
На рисунках 11 и 12 показана стоимость возведения 7-ми и 11-ти этажной
надстройки из различных сталей и из железобетона согласно данным
проектно-сметных расчѐтов. На рисунке 13 показана стоимость устройства
свайных фундаментов под металлическую и железобетонную раму 7-ми и
11-ти этажей. Также согласно данным соответствующих сметных расчѐтов,
на рисунке 14 показана результирующая смоделированная стоимость
возведения 7-ми и 11-ти этажной надстройки из металла и железобетона.

43.

Мматематические и компьютерные моделирование в механике
деформируемых сред и конструкций напряженно- деформированного
состояния модульных систем трехгранных ферм с предварительным
напряжением для плоских покрытий с неразрезными поясами
пятигранного составного профиля для надстройки реконструируемых
домов первой массовой серии
Ж/б рама 11 эт. Р.М.11 С550 Р.М.11 С440 Р.М.11 С245 Ж/б рама 7 эт. Р.М.7
С550 Р.М.7 С440 Р.М.7 С245
10410,4 10376,8 11330,3
:23,4 170,7 832,87
0
Ж/б рама 11 эт. Р.М.11 С550 Р.М.11 С440 Р.М.11 С245 Ж/б рама 7 эт. Р.М.7
С550 Р.М.7 С440 Р.М.7 С245
50
100
150
200
0
10000 20000 30000 40000

44.

37249,35
29396,16
-А
Рис. 9. Трудоѐмкость возведения 7-ми и 11-ти эт. надстройки из металла и
железобетона, чел.-час.
Рис. 10. Продолжительность возведения 7-ми и 11-ти эт. надстройки из
металла и железобетона, рабочие дни
35452,7
13688,9 14103,4 14466,6
Р11-С245 Р11-С440 Р11-С550 Ж/б рама
29091,4
99889 11143,0 10683,8
ша
40000,0 35000,0 30000,0 25000,0 20000,0 15000,0 10000,0 5000,0 0,0
30000,0 25000,0 20000,0 15000,0 10000,0 5000,0 0,0
Р7-С245 Р7-С440 Р7-С550 Ж/б рама 7
11 эт.
Рис. 11. Стоимость возведения 7-ми этажной надстройки, тыс. руб.

45.

Рис. 12. Стоимость возведения 11-ти этажной надстройки, тыс. руб.
79493,4
51094
33907,2
Ж/б рама 7 Ж/б рама
эт 11 эт.
Ж/б рама 11 эт. Р.М.11 С550 Р.М.11 С440 Р.М.11 С245 Ж/б рама 7 эт. Р.М.7
С550 Р.М.7 С440 Р.М.7 С245
0,0
114946,1
40000,0
80000,0
120000,0
21741,5 21741,5
Р.М.7
Р.М.11
80000,0 70000,0 60000,0 50000,0 40000,0 30000,0 20000,0 10000,0 0,0

46.

Рис. 13. Стоимость устройства свайных фундаментов под металлическую и
железобетонную раму 7-ми и 11-ти этажей, тыс.руб.
Рис. 14. Общая стоимость возведения 7-ми и 11-ти эт. надстройки из
металла и железобетона, тыс. руб.
Получив данные расчета сравниваемых вариантов надстроек из
монолитного железобетона и стального каркаса, учитывая показатели
трудозатрат и расхода материалов на фундамент надстройки, снижение веса
и стоимости конструкций, можно сделать вывод о том, что используемые
при реконструкции высокопрочные, низкоуглеродистые,
микролегированные стали повышенной прочности, типа 06Г2ФБ (С440) и
10Г2ФБ (С550) не принесли ожидаемого эффекта. Надстройка из обычной
стали С245 оказалась экономически более выгодной.
Применение каркаса, который надстраивается из монолитного
железобетона относительно мало распространена и не эффективна, так как
масса его значительно превышает металлическую надстройку, а стоимость
его значительно выше, чем надстройка из стали.
Также одним из главных моментов, на который следует обратить
внимание, это то, что даже при меньшей стоимости материала, но при
большей массе, металлические рамы Р7 - С245 и Р11 - С245 являются
наиболее экономичными в сравнении с рамами Р7 - С440, Р7 - С550, Р11 С440 и Р11 - С550, что еще раз подтверждает эффективность применения

47.

стали марки С245. Например, металлический каркас Р7 - С245 и Р11 - С245
дает экономию средств 3,6% и 2,2% по сравнению со стоимостью надстроек
Р7 - С440 и Р11 - С440. В сравнении с железобетонным каркасом разность
между Р7 ЖБК и Р7 - С245 равна 152,7 %, Р11 ЖБК и Р11 - С245 равна 137,6
%, что составляет более 48 и 66 млн. руб. соответственно.
Таким образом, используя проведенные расчеты, можно рекомендовать
для дальнейшей разработки варианты каркасов Р7 и Р11 - С245, как
наиболее экономически и научно обоснованных.
ВЫВОДЫ математические и компьютерные моделирование в механике
деформируемых сред и конструкций напряженно- деформированного
состояния модульных систем трехгранных ферм с предварительным
напряжением для плоских покрытий с неразрезными поясами
пятигранного составного профиля для надстройки реконструируемых
домов первой массовой серии
В данной работе изложены результаты теоретических и
экспериментальных исследований, направленных на разработку и
совершенствование конструктивных и организационно-технологических
решений в проектах реконструкции пятиэтажных жилых домов массовой

48.

застройки, разработку и совершенствование методов техникоэкономического обоснования мероприятий по сокращению стоимости двух
приведенных вариантов, выбор лучшего из которых разрешит повысить
эффективность данного вида реконструкции.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Проведѐнные вычислительные эксперименты показали, что
многоэтажная надстройка из низкоуглеродистой, низколегированной,
конструкционной стали С245
нормальной прочности в сравнении с низкоуглеродистыми,
микролегированными высокопрочными сталями С440 и С550 более
экономична. Несмотря на то, что для возведения надстройки из стали С245
требуется больше стали на 10,6 %, чем стали марки С440 и на 19,3 %
больше чем стали С550, по таким показателям как трудоѐмкость
выполнения работ, продолжительность выполнения работ и стоимость
надстройки, надстройка из стали С245 находятся в более выигрышном
положении, но в незначительной разнице в пределах 2-4%, так как эта сталь
значительно дешевле на 28 и 33 % по сравнению со сталью С440 и С550,
соответственно. Использовать же высокопрочные стали С440 и С550 редко
применяемые в строительстве, на данных типах надстроек не рационально.

49.

2. Установлено, что применение малоуглеродистой стали типа С245(Ст3) в
металлической 7-ми и 11-ти этажной надстройке, обеспечивает
значительное снижение металлоемкости готовых конструкций и снижение
их себестоимости по сравнению с надстройкой из монолитного
железобетона. Из приведенного расчета экономическая эффективность
применения 7-ми этажной надстройки составляет более 48 млн. руб. (152,7
%) и 66 млн. руб. (137,6 %) при 11-ти этажной надстройке. Трудоѐмкость
сокращается на 275,3 % и 228,7 %, а продолжительность выполнения работ
на 150 % и 122 % соответственно.
3. Таким образом, для дальнейшей разработки рекомендуется использовать
вариант каркаса 7-ми и 11-ти этажей из стали С245, как наиболее
экономически эффективного.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Дальнейшие исследования будут направлены на разработку
детализированных организационно-технологических решений по
устройству 7-ми и 11-ти этажных надстроек из стали С245, как наиболее
выгодного варианта реконструкции домов первых массовых серий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аверьянов, В.К. Концепция развития инженерной инфраструктуры при
вторичной застройке жилых кварталов с одновременной реконструкцией

50.

домов первых массовых серий [Текст]. / Аверьянов В.К., Булгаков С.Н.,
Чистович С.А. // Промышленное и гражданское строительство. - 1997. - №2.
- С. 4-13.
2. Булгаков, С.Н. Реконструкция жилых домов первых массовых серий и
малоэтажной застройки [Текст]. - М.: Глобус, 2001. - 248 с.
3. Акимов, С.Ф. Рациональные организационно-технологические
решения надстройки 5-ти этажных жилых домов серии 1-510/5 / С.Ф.
Акимов, В.Т. Шалѐнный, Ф.Н. Акимов, В.Д. Малахов, М.О. Карабутов //
Экономика строительства и природопользования. - №1(74). - 2020. - С. 117130.
4. Жербин, М.М. Новая концепция модернизации и надстройки
существующих малоэтажных жилых зданий до любого количества этажей /
Жербин М.М., Большаков В.И. [Текст]. - Днепропетровск: Gaudemaus, 2000.
- 50с.
5. Дмитриев, Б.В. Реконструкция пятиэтажной массовой застройки и
экономичные способы ее проведения / Дмитриев Б.В., Якубович Г.Н.
[Текст]. // Промышленное и гражданское строительство. - 1998. - №8. - С. 19
- 34.
6. Кролевец, С.В. Мансарды и надстройки жилых и общественных зданий
[Текст]. / С.В. Кролевец // Промышленное и гражданское строительство. 1997. - №6. - С.16-22.

51.

7. Папирнык, Р.Б. Выбор и обоснование технологических схем
возведения надстроек при реконструкции жилых домов: дисс...канд. техн.
наук: 05.23.08. - Днепропетровск., 2001. - 202с.
8. Савйовский, В.В. Совершенствование организационнотехнологических решений производства строительно-монтажных работ при
реконструкции жилых и общественных зданий: дисс... к.т.н. 05.23.08.
Харьков. - 1991.
9. Матвеев, Е.П. Индустриальные методы надстройки мансардных этажей
/ Е.П. Матвеев [Текст]. // Механизация строительства. - 1998. - № 5. - С. 24 31.
10. Шаленный, В.Т. Возможность сокращения сроков окупаемости
инвестиций в энергосбережение путем учета и совершенствования и других
ресурсосберегающих мероприятий при реконструкции [Текст]. / Шаленный
В.Т., Мороз В.В. //Строительство и реконструкция. - 2016. - №6(67). - С.
108-115.
11. Шаленный, В.Т. Учет окупаемости инвестиций при выборе проекта
реконструкции с утеплением гражданских зданий [Текст]. / В.Т. Шаленный
// Коммунальное хозяйство городов. - Киев: Техника. - 2002. - Вып.39. - С.
374 - 378.
12. Аверьянов, В.К. Концепция развития инженерной инфраструктуры
при вторичной застройке жилых кварталов с одновременной
реконструкцией домов первых массовых серий [Текст] / В.К. Аверьянов,

52.

С.Н. Булгаков, С.А. Чистович // Промышленное и гражданское
строительство. - 1997. - № 2. - С. 51-55.
13. Акимов, С.Ф. Реновации как направление воспроизводства
жилищного фонда [Текст]. / С.Ф. Акимов, В.Д. Малахов // Экономика
строительства и природопользования. - 2017. - №2. - С. 3-8.
14. Тимощук, О.А. Совершенствование технологии надстройки типовых
жилых зданий [Рукопись]: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.08: защищена
22.10.2002 / О.А. Тимощук; науч. рук. работы Г.М. Бадьин; Федеральное
агентство по образованию, Санкт- Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет. - СПб., 2002. - 185 с.
15. Березюк, А.М. Реконструкщя промислових та цившьних будiвель:
навч. поабник [Текст]. / А.М. Березюк, В.Т. Шаленний, К.Б. Дшарев, О.О.
Кириченко // Дншропетровськ: ТОВ «ЕНЕМ», 2010. - 188 с.
16. Афанасьев, А.А. Реконструкция жилых зданий: учебное пособие
[Текст]. / А.А. Афанасьев, Е.П. Матвеев. - М.: ОАО "ЦПП", 2008 - Ч.1:
Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий. 234 с.
17. Афанасьев, А.А. Реконструкция жилых зданий: учебное пособие
[Текст]. /
A. А. Афанасьев, Е.П. Матвеев. - М.: ОАО "ЦПП", 2008. - Ч.2: Технологии
реконструкции жилых зданий и застройки. - 252 с.

53.

18. Акимов, С.Ф. Вторая жизнь 5-ти этажных домов первых типовых
серий / С.Ф. Акимов, А.С. Юзькив // Сборник тезисов участников
Международного студенческого строительного форума - 2019
«Инновационное развитие строительства и архитектуры: взгляд в будущее».
- Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2019. - С. 136-139.
19. Романенко И.И. Направление реконструкции полносборных
пятиэтажных домов массового жилищного строительства [Текст]. /
Романенко И.И., Романенко Е.И. // Коммунальное хозяйство городов. Вып.25. - 2000. - №9. - С. 32 - 40.
20. Шихов, А.Н. Реконструкция гражданских и промышленных зданий:
монография [Текст]. / А.Н. Шихов // М.-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская
гос. с.-х. акад. им. акад. Д.Н. Прянишникова. - Пермь: ИПЦ Прокростъ,
2015. - 399 с.
21. Верстов, В.В. Технология ускоренной сборки мансардных этажей
зданий [Текст]. / В.В. Верстов, Г.М. Бадьин, О.А. Тимощук // Сборник
докладов международной научно- технической конференции. - СПб.: БИТУ,
1998. - С. 245-247.
22. Савйовский, В.В. Ремонт и реконструкция гражданских зданий
[Текст]. /
B. В. Савйовский, О.Н. Болотских. - Харьков: Ватерпас, 1999. - 288 с.
23. Савйовский, В.В. Вторая жизнь пятиэтажных жилых домов первых
массовых серий // Строительство Украины. - 2000. - №3. - С. 44 - 48.

54.

24. Грабовский, П.Г. Реконструкция и обновление сложившейся
застройки города: учебное пособие для вузов / П.Г. Грабовский, В.А.
Харитонов // М.: АСВ, Реалпроект, 2006. - 624 с.
25. Щеглова, О.Ю. Организационно-технологические решения
реконструкции 5-ти этажных жилых домов с использованием надстройки:
дис.канд.. техн. наук: 05.23.08. - Днепропетровск., 2005. - 216с.
26. ГОСТ 27772-2015 «Прокат для строительных стальных конструкций.
Общие технические условия». [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/1200133727.
RECONSTRUCTION OF RESIDENTIAL BUILDINGS OF THE FIRST MASS
SERIES WITH USE OF A HIGH-RISE SUPERSTRUCTURE OF STEEL
Shalenny V.T., Akimov S.F., Malahov V.D.
V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Crimea
Annotation. The article presents the results of theoretical and experimental
research aimed at developing and improving structural and organizational and
technological solutions in projects for the reconstruction of five-story residential
buildings of mass development, developing and improving methods of economic
justification, measures to reduce the cost of the two considered options, the
comparison of which will increase the efficiency of this type of reconstruction
using a load-bearing steel frame. Keywords: buildings of the first mass series,
reconstruction of residential buildings, superstructure of the attic floor.
Экономика строительства и природопользования № 3 (76) 2020 г.

55.

ЕГОРОВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ
РАЗВИТИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ И
МЕТОДОВ РАСЧЕТА
КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ
ШПРЕНГЕЛЬНОГО ТИПА
Специальность 05.23.01 — «Строительные
конструкции, здания и сооружения»
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание
ученой степени доктора технических наук
Санкт - Петербург 2004
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования «Петербургский государственный
университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской
Федерации»

56.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор ЗАБРОДИН
Михаил Петрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор БЕЛЫЙ
Григорий Иванович академик РААСН, доктор технических наук, профессор
ОЛЬКОВ Яков Иванович доктор технических наук, профессор ПАВЛОВ
Юрий Анатольевич
Ведущее предприятие - ФГУП «Головной институт «Всероссийский
проектный и научно-исследовательский институт комплексной
энергетической технологии Федерального агентства по атомной энергии».
Защита состоится 21 октября 2004 г. в 1322 час. на заседании
диссертационного совета Д218.008.01 при Петербургском государственном
университете путей сообщения МПС РФ по адресу: 190031, СанктПетербург, Московский пр. д. 9. ауд. 3-237.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС МПС РФ.
Автореферат разослан 20 сентября 2004 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,
профессор
ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Строительный комплекс ежегодно потребляет около трети общего
объема металлопродукции черных металлов, производимых в Российской

57.

Федерации. При расходовании на нужды строительства огромных объемов
материальных и энергетических ресурсов повышение эффективности их
использования приобретает существенное значение и становится важной
народнохозяйственной проблемой.
В современных рыночных условиях во многом отпала необходимость
производства большого количества однотипных конструкций, имеющих
модульные размеры. В тоже время все более явно обозначается потребность
в широкой номенклатуре легких металлических конструкций для
перекрытия различных пролетов, в том числе и отличных от типовых. Часто
требуются небольшие партии конструкций с низкой трудоемкостью
изготовления, размещение производства которых возможно на широкой
технологической базе, в том числе и неспециализированной. Это позволяет
ускорить размещение и выполнение заказа, а также существенно снизить его
стоимость.
В последние годы все большее значение приобретает реконструкция и
капитальный ремонт эксплуатируемых объектов. Перекрываемые пролеты и
планировочные схемы существующих зданий и сооружений часто
отличаются от модульных, что затрудняет применение серийно
выпускаемых конструкций.
В связи с изложенным разработка новых конструктивных форм легких
металлических конструкций с гибкой компоновочной схемой и создание

58.

конструктивных решений, обеспечивающих снижение расхода металла и
трудоемкости изготовления и монтажа, приобретает особое значение.
Представленные в настоящей работе исследования направлены на
решение проблемы совершенствования строительных металлоконструкций
в соответствии с целевой комплексной государственной программой
О.Ц.031.055.16.Ц.02 «Разработать и внедрить новые прогрессивные
металлические конструкции с применением сталей повышенной и высокой
прочности, а также коррозионно стойких сталей и экономичных профилей
проката, включая конструкции массового применения,
механизированных и автоматизированных поточных линиях, участках или
установках, обеспечивающих повышение производительности труда при
изготовлении металлоконструкций на 15...20% в расчете на м2 здания и
экономию стали на 8...10%» (№ Г.Р. 01840072554).
Создание, исследование и внедрение специальных конструкций,
необходимых при реконструкции и капитальном ремонте транспортных
сооружений, проводилось в рамках отраслевой программы по повышению
эффективности использования действующих основных производственных
фондов: «Разработка и внедрение легких комбинированных металлических
конструкций при реконструкции и капитальном ремонте объектов
локомотивного хозяйства» (№ Г.Р. 1830031591)..

59.

Всесторонний анализ эволюции конструктивных форм, условий
изготовления и монтажа несущих строительных систем показывает, что
одним из перспективных и многообещающих направлений их дальнейшего
развития является применение в качестве плоских, пространственных и
пространственных отдельно стоящих систем предварительно напряженных
комбинированных конструкций, основу которых составляют жесткие
элементы, усиленные шпренгельными затяжками..
Стремление к снижению расхода металла и улучшению других
показателей должно сочетаться с обеспечением надежной работы
конструктивных систем шпренгельного типа. В связи с этим для адекватной
оценки их напряженно-деформированных и предельных состояний
необходимы дополнительные теоретические и экспериментальные
исследования, особенно при комбинаторном воздействии статических и
динамических нагрузок. При этом возникает потребность в
совершенствовании расчетных моделей оценки надежности и оптимизации
параметров шпренгельных систем. Для определения областей
рационального применения необходимо накопление опыта их
проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.
Целью работы являлась разработка и исследование новых технических
решений легких металлических конструкций шпренгельного типа, способов
их изготовления и монтажа, а также создание эффективных систем усиления

60.

зданий и сооружений различного назначения, исследование их напряженнодеформированного состояния при статических и динамических нагрузках.
Для достижения этой цели:
- выполнен анализ развития легких строительных металлических
конструкций зданий и сооружений;
- обоснованы пути совершенствования комбинированных систем
шпренгельного типа для зданий и сооружений;
- определено перспективное направление развития предварительного
напряжения металлических конструкций - сочетание в одной
конструктивной форме различных приемов регулирования усилий и
деформаций;
- предложены новые конструктивные формы плоских и
пространственных комбинированных систем шпренгельного типа, способы
их изготовления, предварительного напряжения и монтажа, а также
шпренгельные системы усиления эксплуатируемых конструкций,
защищенные 27-ю патентами и авторскими свидетельствами на
изобретение;
- теоретически и экспериментально исследована работа шпренгель- ных
систем, предварительно напряженных комбинированным способом выгибом частей исходного профиля балки жесткости и натяжением затяжек,
в условиях поперечного изгиба и стесненного кручения; определено

61.

влияние комбинированного предварительного напряжения на устойчивость
плоской формы изгиба;
- решена задача поиска оптимальных по условиям прочности очертаний
затяжек и форм поперечных сечений балок жесткости шпренгель- ных
систем при различных схемах загружения;
- разработаны механико-математические модели поперечных колебаний
плоских шпренгельных и вантово-стержневых систем, учитывающие их
геометрическую и конструктивную нелинейность, историю загруже- ния,
начальные геометрические несовершенства, а также многоуровневые формы
очертания затяжек, наличие гасителей колебаний и другие факторы;
- создана механико-математическая модель изгибно-крутильных
колебаний предварительно напряженных пространственно-шпренгельных
систем, учитывающая влияние геометрической и конструктивной
нелинейности, разнообразные условия закрепления и сложный характер их
за- гружения и эксплуатации;
- разработана вероятностная модель оценки обеспеченности несущей
способности предварительно напряженных шпренгельных систем,
позволяющая учитывать усилия предварительного натяжения затяжек как
фактор стохастической природы;
- предложенные технические решения внедрены в практику
строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений
различного назначения.

62.

Научная новизна работы заключается в:
- обосновании путей совершенствования конструктивных форм
комбинированных систем шпренгельного типа, повышающих
эффективность их применения;
- создании конструктивных форм плоских и пространственных
комбинированных систем шпренгельного типа и разработке способов их
изготовления, предварительного напряжения и монтажа, а также шпренгельных систем усиления эксплуатируемых конструкций, новизна которых
защищена 27-ю авторскими свидетельствами и патентами на изобретение;
- экспериментально-теоретическом исследовании влияния
предварительного напряжения взаимным выгибом частей балки жесткости и
натяжением затяжек на прочность и устойчивость шпренгельных систем;
- разработке расчетной модели поиска оптимальных по условиям
прочности очертаний затяжек и форм поперечных сечений балок жесткости
шпренгельных систем;
- определении эффективных форм очертания затяжек при различных
параметрах шпренгельных конструкций;
- создании механико-математических моделей поперечных и изгиб- нокрутильных колебаний шпренгельных и вантово-стержневых систем,
учитывающих их особенности - геометрическую и конструктивную
нелинейность;

63.

- исследовании влияния конструктивной нелинейности на напряженнодеформированное состояние и амплитудно-частотные характеристики
шпренгельных и некоторых вантово-стержневых систем;
- разработке вероятностной модели оценки обеспеченности несущей
способности шпренгельных конструкций, позволяющей учитывать
стохастическую природу как механических и геометрических параметров
системы, так и величины предварительного натяжения затяжек;
- определении влияния законов распределения усилий натяжения затяжек
на обеспеченность несущей способности шпренгельных систем.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
- предложенные технические решения внедрены в практику
строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений
и показали свою эффективность, как по расходу материала, так и по
трудоемкости изготовления и монтажа;
- обоснована и практически подтверждена эффективность включения
комбинированного предварительного напряжения шпренгельных систем как
в технологию заводского изготовления, так и в процесс сборки и монтажа на
строительной площадке, а также возможность производства
комбинированных систем на широкой технологической базе;
- созданы практические методы расчета и конструирования
предварительно напряженных шпренгельных конструкций, используемые в

64.

проектной практике институтами «Ленжелдорпроект», «Ленаэропроект» и
«ГИПРООБР»;
- разработано «Руководство по проектированию шпренгельных балок с
перфорированной стенкой», которое используется институтами
«Ленжелдорпроект» и «ГИПРООБР» при проектировании несущих
конструкций зданий и сооружений.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
- новые эффективные конструктивные решения легких плоских и
пространственных комбинированных систем шпренгельного типа;
- способы изготовления, предварительного напряжения и монтажа
предложенных конструкций;
- комбинированные способы регулирования усилий;
- методы расчета шпренгельных систем с комбинированным
предварительным напряжением; результаты теоретических и
экспериментальных исследований влияния комбинированного
предварительного напряжения
на прочность и устойчивость шпренгельных систем;
- математическая модель и результаты численного анализа рациональных
параметров шпренгельных систем при различных условиях за- гружения;
- нелинейные механико-математические модели поперечных и из- гибнокрутильных колебаний шпренгельных и вантово-стержневых систем,

65.

результаты теоретических и экспериментальных исследований их
динамических характеристик;
- вероятностная модель расчета и результаты численных экспериментов
оценки обеспеченности несущей способности предварительно напряженных
шпренгельных систем.
Внедрение результатов работы.
Предложенные металлические комбинированные конструкции
шпренгельного типа нашли применение на 35-ти объектах СанктПетербурга и Северо-Западного региона Российской Федерации.
Разработаны и внедрены различные типы комбинированных систем:
номенклатурный ряд малоэлементных шпренгельных ферм с наклонными
стойками; большепролетные шпренгельные фермы марочной сборки для
пролетов 42...48 м и более; комбинированные вантовые поперечины
шпренгельного типа для подвески контактной сети железных дорог;
шпренгельные каркасы с ригелями из перфорированных двутавров и
комбинированным предварительным напряжением; шпренгельные
конструкции с эффективными формами очертания затяжек; шпренгельные
подкрановые балки; рамы шпренгельного типа; шпренгельные системы
усиления - «жесткий шпренгель», «обратный шпренгель», инвентарные
шпренгеля и др.
Рекомендации по практическому расчету легких металлических
конструкций шпренгельного типа используются в проектной практике

66.

института «Ленжелдорпроект», «Ленаэропроект», «ГИПРООБР» и других
организаций.
Обоснованность и достоверность положений и выводов диссертации
подтверждается комплексным характером выполненной работы,
включающей: теоретические исследования, основанные на апробированных
и
широко применяемых методах расчета, численный анализ на ЭВМ,
экспериментальные исследования на крупномасштабных моделях,
сравнительный анализ полученных результатов исследований с данными
других авторов, а также мониторинг процесса изготовления, сборки,
монтажа и эксплуатации конструкций.
Настоящая работа включает введение, семь разделов, основные выводы,
список использованной литературы и приложения.
Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований
докладывались на:
- Научно-технической конференции «Повышение эффективности
применения металлических строительных конструкций регулированием
усилий и деформаций». Свердловск, УПИ, 1982;
- Всесоюзном семинаре «Перспективы развития и пути повышения
эффективности применения легких и особо легких металлических
конструкций». Киев, 1984;

67.

- Всесоюзном семинаре «Индустриальные технические решения для
реконструкции зданий и сооружений промышленных предприятий».
Макеевка, 1986;
- Научно-техническом семинаре «Опыт реконструкции и технического
перевооружения промышленных предприятий, реконструкции жилых и
общественных зданий». Ленинград, 1986;
- V-й Ленинградской конференции по проблемам применения легких
алюминиевых и стальных конструкций в народном хозяйстве. Ленинград,
1989;
- Всесоюзной конференции «Проблемы прочности материалов и
сооружений на транспорте». Ленинград, ЛИИЖТ, 1990;
- Научно-техническом семинаре «Транспорт России». Санкт- Петербург,
1993;
- Научно-практической конференции «Проблемы железнодорожного
транспорта решают ученые» Санкт-Петербург, ПГУПС, 1994;
- Ш-ей, IV-й, V-й, VI-й Международных конференциях «Проблемы
прочности материалов и сооружений на транспорте». Санкт-Петербург,
1995; Санкт-Петербург, 1999; Череповец, 2002; Санкт-Петербург, 2004;
- Семинаре «Эффективность реконструкции зданий различного назначения
и оценка ее с применением персональных ЭВМ». Санкт-Петербург, ПГУПС,
1995;

68.

- Научно-технической конференции «Проблемы железнодорожного
транспорта решают ученые». Санкт-Петербург, 1995;
- Научно-методических конференциях «Проблемы строительства,
реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на
транспорте».
Санкт-Петербург, ПГУПС, 1997, 1999;
- II...VII научно-методических конференциях «Дефекты зданий и
сооружений. Усиление строительных конструкций» Санкт-Петербург,
БИТУ, 1998... 2003;
- Международной научной конференции «Современные строительные
конструкции из металла и древесины», Одесса, ОГАСА, 1999;
- V-й межвузовской научно-методической конференции «Актуальные
проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». Москва,
РГОТУПС, 2000;
- XL Межгосударственном семинаре «Актуальные проблемы прочности».
Новгород, НовГУ, 2002;
- 45....60-й научных конференциях профессоров, преподавателей, научных
работников, инженеров и аспирантов. Санкт-Петербург, СПбГАСУ,
1988...2003;
- 56-й Международной научно-технической конференции молодых ученых
«Актуальные проблемы современного строительства». Санкт- Петербург,
СПбГАСУ, 2004;

69.

- Всероссийских симпозиумах по прикладной и промышленной
математике. Ростов-на-Дону, 2002; Сочи, 2002, 2003; Петрозаводск, 2003;
Кисловодск 2004;
- Международной конференции «Современные проблемы
совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых
конструкций в строительстве и на транспорте». Самара, СамГАСа, 2002;
- VI-м международном симпозиуме «Современные проблемы прочности»
им. В .А. Лихачева. Великий Новгород, НовГУ, 2003;
- Международной конференции «Современные проблемы проектирования,
строительства и эксплуатации транспортных объектов». Санкт - Петербург,
ПГУПС, 2003;
- VIII-й Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы
«Фундаментальные исследования в технических университетах». СанктПетербург, СПбПГУ, 2004;
- VIII-й Украинской научно-технической конференции. "Металлические
конструкции: взгляд в прошлое и будущее", УкрНИИПСК им.
В.Н.Шимановского, Киев, 2004;
В законченном виде работа рассмотрена и одобрена:
- на расширенном семинаре кафедры «Здания и сооружения на
железнодорожном транспорте» Российского государственного открытого
университета путей сообщения, Москва 2004;

70.

- на расширенном семинаре кафедры «Металлические конструкции и
испытания сооружений» Санкт-Петербургского государственного
архитектурно-строительного университета, Санкт-Петербург, 2004;
- на расширенном семинаре кафедры «Строительные конструкции»
Петербургского государственного университета путей сообщения, СанктПетербург, 2004;
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 86
работах, в том числе 27 - патенты и авторские свидетельства на изобретения.
Наименования основных работ приведены в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи
разделов, основных выводов, списка использованной литературы и
приложений. Работа включает 295 страниц текста, 198 рисунков, 17 таблиц,
список литературы из 333 наименований, приложения, изложенные на 25
страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, ее
значение в решении народно-хозяйственных проблем, формулируются цели
и задачи исследований, излагаются основные результаты работы, которые
выносятся на защиту, отмечается их научное значение и практическая
ценность. Приводятся сведения о внедрении результатов исследований.
В первом разделе проведен анализ развития строительных металлических
конструкций зданий и сооружений различного назначения, из которого

71.

следует, что применение комбинированных металлических конструкций
шпренгельного типа в различных областях техники доказывает их
преимущества по сравнению с другими конструктивными формами. В тоже
время отмечены основные недостатки и определены пути
совершенствования конструктивных форм комбинированных систем
шпренгельного типа.
Развитие предварительно напряженных комбинированных систем
связано с деятельностью ведущих научно-исследовательских центров, среди
которых, в первую очередь, необходимо отметить коллективы ЦНИИ ПСК
им Н.П.Мельникова, ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, ЛенЗНИИЭП, НИИ
Радио и др., а также кафедры металлических и строительных конструкций
МИСИ, КИСИ, ЛИСИ, НИСИ, ЛИИЖТ, Грузинского и Уральского
политехнических институтов и др.
В разработку, исследование и внедрение комбинированных систем и
способов их предварительного напряжения большой вклад внесли
Е.И.Беленя, В.В.Бирюлев, В.М.Вахуркин, А.А.Васильев, А.А.Воеводин,
Ю.В.Гайдаров, А.В.Гемерлинг, Н.Н.Демидов, М.М.Жербин, М.П.Забродин,
В.К.Качурин, Н.М.Кирсанов, О.А.Курбатов, М.Н.Лащенко, Н.П.Мельников,
В.А.Пермяков, Г.Д.Попов, К.Г.Протасов, Г.Э.Райнус, А.Н.Размадзе,
В.П.Романов, Ю.М.Сильницкий, Г.А.Соболев, Б.А.Сперанский,
К.Х.Толмачев, В.В.Трофимович и др. Из зарубежных исследователей
следует отметить В.Веселы, А.Тесара, М.Тохачека, П.Ференчика и др.

72.

Существенный эффект снижения материалоемкости комбинированных
систем достигается за счет их предварительного напряжения,
перспективным направлением которого является комбинированное
предварительное напряжение - сочетание в одной конструктивной форме
различных приемов искусственного регулирования усилий и деформаций.
Предложена структурированная классификация способов
предварительного напряжения, показано, что предварительное напряжение
может быть осуществлено как при изготовлении отдельных элементов
комбинированных конструкций, так и в процессе сборки или монтажа
конструкции в целом.
Отмечено, что для расширения областей применения и повышения
эффективности использования комбинированных систем шпренгельного
типа актуальным является совершенствование их конструктивных и
технологических решений.
Поиски новых конструктивных форм покрытий зданий и сооружений,
обеспечивающих минимальный расход стали, а также снижение
трудоемкости изготовления и монтажа, привели к созданию новых типов
комбинированных систем шпренгельного типа.
/. Плоские и пространственные отдельно стоящие комбинированные
системы. При широком многообразии конструктивных решений
шпренгельных систем очертания затяжек принимаются, как правило,
подобными форме эпюры изгибающих моментов от внешней нагрузки.

73.

Однако такие очертания являются оптимальными только при
предварительном напряжении затяжек, обеспечивающем в расчетном
состоянии без- моментную работу балки жесткости, что на практике часто
недостижимо. Для снижения массы шпренгельных систем предложены и
разработаны конструктивные решения шпренгельных балок с
эффективными формами очертания затяжек (патент № 2186913, рис. 1, а).
Предлагаемые технические решения позволяют после приложения к
шпренгельной системе нагрузок за счет формы очертания затяжки
перераспределить и снизить максимальные величины действующих в балке
жесткости изгибающих моментов.
Другим приемом снижения массы шпренгельных конструкций может
быть целенаправленное формирование рациональной геометрии решетки.
Так, для увеличения упругого отпора затяжек и снижения изгибающих
моментов в средней, наиболее нагруженной части балки жесткости
шпренгельной системы предлагается наклонная схема установки стоек
шпренгелей (патент № 2184819, рис.1, б).
Для повышения жесткости и устойчивости шпренгельных систем в
условиях загружения части пролета предложена установка. затяжек в
нескольких уровнях (патент № 2169243, рис. 1, в).
Ряд предложенных технических решений (патент № 2169242, № 2173751,
рис. 1, г) основан на саморегулировании усилий натяжения затяжек в
зависимости от величин эксплуатационных нагрузок.

74.

II. Шпренгельные конструкции с составной балкой жесткости.
Дополнительного эффекта от применения шпренгельных конструкций
можно достичь за счет изготовления их элементов из различных материалов.
С этой целью для мобильных зданий и сооружений предложена сборноразборная металлодеревянная шпренгельная балка (патент № 2182207,
рис.2, а), особенностью которой является возможность разборки и
повторного применения.
Предложено техническое решение балочных элементов, в том числе и
балок жесткости шпренгельных систем, позволяющее создавать из
стандартных досок или брусьев составные конструкции с поперечными
сечениями и пролетами, значительно превышающими стандартные размеры
(патент РФ № 2166038, рис.2, б).
III. Пространственные покрытия шпренгельного типа. В развитие
конструктивных форм перекрестно-шпренгельных систем предложено
сочетание в одной конструкции шпренгельных элементов с балками
жесткости и двухпоясных вантовых ферм, объединенных в местах
взаимного пересечения стойками шпренгелей (а.с. № 975956, рис.3, а).
Попытки придать несущим элементам ограждающих функций привели к
созданию перекрестно-шпренгельной системы, у которой в качестве

75.

нижнего пояса используется металлическая мембрана с перфорацией на
участках между стойками шпренгелей (а.с. № 975955).
Широкое применение в строительстве нашел блочный монтаж, основным
преимуществом которого является снижение трудоемкости сборки и
монтажа. При участии автора предложен пространственный блок покрытия
шпренгельного типа (ах. № 979597, рис.3, б), конструктивное решение
которого позволяет эффективно использовать затяжки из высокопрочных
сталей, очерченные по кривым, как в вертикальной, так и в горизонтальной
плоскости.
IV. Комбинированные системы покрытий с замкнутым опорным
контуром. С участием автора предложено несколько технических решений
для покрытий зданий и сооружений с замкнутым опорным контуром на
произвольном плане - а.с. № 785446 (рис. 4), № 916699, № 912871.
Все они включают в себя системы радиальных верхних и нижних гибких
элементов, закрепленных с одной стороны к концам жестких балокраспорок вблизи опор, с другой - к верхнему и нижнему центральному
кольцу. Одной из главных отличительных особенностей предложенных
конструкций является отказ от материалоемкого опорного контура, который
работает по безмоментной схеме только в случае кольцевой формы при
действии нагрузок, равномерно распределенных по всей площади покрытия.
Одним из экономичных и архитектурно выразительных типов
пространственных конструкций, как известно, являются купола. Для

76.

увеличения их несущей способности предложены конструктивные решения,
в которых используются шпренгельные усиления меридианальных
элементов сетчатого или ребер ребристо-кольцевого куполов (а.с.
№9090675, патент №2166036).
V. Комбинированные системы с гасителями колебаний. Серьезной
проблемой является обеспечение несущей способности шпренгельных
систем при комбинаторном воздействии статических и динамических
нагрузок: снеговых, гололедных, ветровых, аварийных, нагрузок
промышленной сейсмики и т.п. В этой связи предложено конструктивное
решение (патент №2186914), в котором для увеличения диссипативных
свойств шпренгельной системы, используются силы трения.
Целесообразным также является применение гасителей колебаний,
встроенных в стойки шпренгельной системы и связанных с конструкцией
упругими связями (патент № 218208, рис. 5, а).
Комбинированные системы имеют разнообразные геометрические
формы и конструктивные решения. Общим для них является наличие
гибких и жестких элементов. Для снижения отрицательного влияния
динамических воздействий предложен пружинный гаситель, использующий
явление удара, который может быть установлен на гибких элементах любой
комбинированной конструкции (патент № 2193637, рис. 5, б).
VI. Способы изготовления, предварительного напряжения и монтажа
шпренгельных систем. Предложенные конструктивные формы

77.

шпренгельных и вантово-стрежневых систем предопределяют
необходимость совершенствования способов и приемов их изготовления,
сборки и монтажа.
Для продления упругой работы и повышения устойчивости балок
жесткости при восприятии усилий распора целесообразно в их поясах
создавать начальные растягивающие напряжения. В связи с этим предложен
способ изготовления предварительно напряженной перфорированной
металлической балки (а.с. № 1159995, рис.6, а), при котором в системе
возникает комбинированное предварительно напряжение - от выгиба
навстречу друг другу в упругой стадии отдельных частей балки жесткости,
полученных при разрезке исходного профиля по зигзагообразным кривым, и
предварительного натяжения затяжки. Для снижения трудоемкости
изготовления предварительно напряженных шпренгельных конструкций, а
также включения в процесс монтажа процедуры искусственного
регулирования усилий предложен способ комбинированного
предварительного напряжения перфорированной шпренгельной балки,
сочетающий изгиб частей исходного профиля в одном направлении и
натяжение затяжки (патент № 2190735, рис. 6, б).
С целью уменьшения усилий в напрягающих элементах, возникающих в
процессе предварительного напряжения, предложен способ монтажа

78.

предварительно напряженной шпренгельной балки (патент № 2208104).
Напряжение затяжки в этом случае осуществляется за счет напрягающей
стойки.
Другим способом, приводящим к снижению трудозатрат при выполнении
предварительного напряжения, является его совмещение с процессом
установки конструкции в проектное положение. В этой связи предложен
способ монтажа предварительно напряженного шпренгельного блока
покрытия (патент № 2208103).
Существенного эффекта снижения трудозатрат при монтаже и
уменьшения материалоемкости рамных каркасов можно достигнуть за счет
одновременного предварительного напряжения ригелей шпренгель- ного
типа и колонн, осуществляемого в процессе крепления ригеля к колоннам.
Предложен способ монтажа предварительно напряженной шпрен- гельной
рамы (патент № 2188915, рис. 6, в), позволяющий в процессе ее монтажа
осуществить комбинированное предварительное напряжение - натяжение
затяжки шпренгельного ригеля одновременно с изгибом колонн навстречу
друг другу.
VII. Шпренгельные системы усиления широко используются в
строительной практике. Совершенствование конструктивных решений и
приемов усиления позволяет существенно повысить эффективность от их
применения. В этой связи предложен способ усиления балки
предварительно напряженным шпренгелем (патент РФ № 2187608, рис. 7, а),

79.

позволяющий за счет использования жесткого шпренгеля усиления и
особенностей его включения в работу усиливаемой конструкции снизить
трудоемкость- процесса предварительного напряжения. В некоторых
случаях целесообразно использование временного шпренгеля и
специальных грузов, (патент РФ № 2209278, рис.7, б).
Шпренгельные системы эффективны также и для усиления конструкций
из других материалов. С целью снижения трудоемкости усиления
железобетонных балок, имеющих, как правило, трещины в растянутых
зонах, предложен способ усиления шпренгелем (патент РФ № 2208105). Для
снижения трудозатрат при усилении балок с переменной по длине пролета
высотой сечения, например, подкрановых, целесообразно использовать
предложенное конструктивное решение по а.с. № 947330.
Обобщая предложенные технические решения можно сформулировать
следующие направления совершенствования комбинированных систем
шпренгельного типа:
I. Повышение эффективности конструктивных форм достигается путем: применения эффективных форм очертания затяжек; - устройства
рациональной решетки шпренгельных систем (установка наклонных стоек);
- применения многоуровневых затяжек; - создания технических решений,
обеспечивающих в процессе загружения комбинированных систем
саморегулирование усилий натяжения затяжек; - использования
комбинированных систем с составными балками жесткости на эффективных

80.

связях сдвига, в том числе, с возможностью многократного применения; сочетания гибких и жестких элементов, обеспечивающего рациональное
распределение усилий в элементах комбинированных систем; - замены
мощного опорного контура балками-распорками пространственношпренгельного типа (для покрытий на произвольном плане); использования в купольных конструкциях рѐбер в виде предварительно
напряженных шпренгельных. систем; - применения специальных гасителей
колебаний, встроенных в конструкции комбинированных систем (при
воздействии нагрузок динамического характера);
II. Снижение трудозатрат и массы комбинированных систем при их
изготовлении, предварительном напряжении и монтаже обеспечивается за
счет совокупности конструктивных и технологических приемов: а)
сочетания в одной конструктивной форме или системе различных способов
предварительного напряжения - предварительного изгиба частей составной
балки жесткости в одном направлении и напряжения затяжек; взаимного
выгиба частей составной балки жесткости и натяжения затяжек;
предварительного натяжения затяжкой шпренгельного ригеля рамы и изгиба
колонн; взаимного выгиба частей составной балки жесткости ригеля и
изгиба колонн рамы; напряжения затяжкой с одновременным изгибом
ригеля рамной системы и т.п.; б) включения процедуры предварительного
напряжения системы в технологический процесс ее сборки и монтажа; в)

81.

предварительного напряжения второстепенных элементов, обеспечивающих
при минимальных затратах необходимые начальные усилия в системе.
III. Снижение трудоемкости процесса усиления существующих
конструкций при использовании шпренгельных систем усиления
достигается:
- за счет использования в качестве затяжки шпренгеля жестких элементов;
- путем применения инвентарных шпренгельных систем многократногоо
использования.
На основе анализа проведенных ранее исследований сформулированы
проблемы, решение которых может значительно повысить эффективность
применения комбинированных систем шпренгельного типа. Недостаточно
исследованы: особенности напряженно - деформированного и предельного
состояний систем с комбинированным предварительным напряжением;
оптимальные параметры шпренгельных систем с односторонними
затяжками; колебания комбинированных конструкций в режиме
конструктивной нелинейности при одновременном воздействии статических
и динамических нагрузок; надежность комбинированных систем с учетом
стохастического характера усилий предварительного напряжения.
Во втором разделе изложен анализ существующих подходов к расчету
предварительно напряженных шпренгельных систем.
Отмечается, что недостаточно изучены напряженно- деформированное
состояние и устойчивость шпренгельных систем; предварительно

82.

напряженных комбинированным способом, включающим натяжение
затяжек и взаимный выгиб частей исходного профиля балки жесткости.
Для решения этих задач теоретически и экспериментально исследовано
раздельное и совокупное влияние компонентов комбинированного чении
рассматриваемых систем. Определен прочностной критерий, позволяющий
оценить целесообразность использования комбинированного
предварительного напряжения. Показано, что существует величина
разгружающего влияния затяжек при которой достигается наибольший
эффект от комбинации предварительных напряжений (рис.- 8, 9).
Приводятся рациональные из условия прочности соотношения компонентов
предварительного напряжения для различных параметров шпренгельных
систем.
Выявлено, что предварительный выгиб повышает крутильную жесткость
перфорированных балок жесткости открытого профиля, приведенное
значение которой в общем случае определяется по ф-ле (6).
Представлен сравнительный анализ расчетных данных и результатов
экспериментальных исследований серии опытных конструкций пролетом
3,6 м, подтверждающий достоверность теоретических исследований.
Для исследования устойчивости рассматриваемых систем использована
техническая теория тонкостенных стержней В.З Власова и деформационная
теория расчета упругих стержней В.З.Власова,. Б.М.Броуде, Л.Н.Воробьева,
обобщенная Е.И.Бейлиным. В уравнения равновесия были введены

83.

дополнительные компоненты, учитывающие влияние комбинированного
предварительного напряжения, при этом учет упругого отпора затяжек
определялся в соответствии с методикой М.П.Забродина. Рассмотрены
разнообразные конструктивные схемы и условия их загружения.
Исследовано раздельное и совокупное влияние компонентов
комбинированного предварительного напряжения на величину критической
нагрузки (рис. 10).
В третьем разделе рассмотрены существующие подходы к
формообразованию шпренгельных систем с односторонними затяжками.
Вопросы оптимального проектирования строительных конструкций
рассматривались широким кругом исследователей, среди которых: МЛеви,
Г.Гейман, И.М.Рабинович, К.М.Хуберян, А.И.Виноградов,
Ю.А.Радциг, К.Г.Протасов и др. Оптимизации предварительно
напряженных конструкций посвящены работы Е.И.Белени,
Б.А.Сперанского, Я.И.Олькова, И.С.Холопова, В.В.Трофимовича,
В.А.Пермякова и др.
Проведенный анализ показал, что традиционные формы очертания
затяжек для широкого набора условий загружения не обеспечивают
эффективную работу предварительно напряженных шпренгельных систем.-

84.

Для устранения этого недостатка определены новые подходы к
назначению очертаний затяжек шпренгеля, обеспечивающие относительное
увеличение несущей способности системы. Новизна предложенных
решений защищена патентом на изобретение.
Предложена расчетная модель, у которой в качестве функции цели
рассматривался наибольший масштаб нагрузки заданного характера,
обеспечивающий условия прочности элементов и системы в целом:
Р = min (min{p, (f,x),p2 (f,x),p3 (f,x)}} -» max, (1)
где min - значения масштабных коэффициен
тов нагрузки по условиям прочности верхнего пояса, нижнего пояса балки и
затяжки соответственно, зависящие от геометрии очертания затяжки - f (х),
физико-механических характеристик материалов и геометрических
параметров балки жесткости и затяжек, а также уровня предварительного
напряжения, величины и характера загружения.
Значения определялись из прочностного расчета, выполненного по
определенному алгоритму.
Ограничения: а) условия ограничения максимального габарита
конструкции б) прочность системы на стадии натяжения затяжек; в)
жесткость при действии внешних сил; г) устойчивость на стадии натяжения
затяжек и при действии внешних сил.

85.

Для решения этой задачи в качестве основы использован известный
симплекс-метод Нелдера-Мида, модифицированный определенным образом.
Разработан алгоритм расчета и программные средства его реализации.
Проведен численный анализ широкого спектра шпренгельных
конструкций, позволивший определить условия и параметры шпренгельных
систем, при которых достигается наибольший эффект от использования
предложенных форм очертания затяжек.
Показано, что при равновесных схемах загружения (очертания затяжек
подобны эпюре изгибающих моментов в основной системе от внешней
нагрузки) и уровне предварительного напряжения затяжек,
обеспечивающем безмоментную работу балки жесткости, традиционные и
предложенные формы очертания затяжек совпадают (см. табл.). При
меньших уровнях предварительного напряжения предложенные формы
затяжек отличаются от традиционных, а эффективность от их применения
возрастает.
Определено, что наиболее эффективной формой поперечного сечения
балки жесткости шпренгельной системы является ассиметричное с более
развитым верхним поясом. Степень асимметрии при равновесных схемах
загружения определяется условиями устойчивости и жесткости
шпренгельных систем, а также уровнем их предварительного напряжения, а
при неравновесных - жесткостными и геометрическими параметрами
конструкций и условиями их загружения.

86.

При равновесных схемах загружениях шпренгельных систем высоту
балки жесткости целесообразно назначать минимальной из условий
обеспечения необходимой жесткости и устойчивости системы.
Оптимизация шпренгельных систем обеспечивает увеличение прочности
системы до 5...25%.
В четвертом разделе проанализирована эволюция методов динамического
расчета комбинированных систем.
Динамическому расчету балочных и стержневых систем посвящено
большое количество теоретических работ, авторами которых являются:
С.П.Тимошенко, А.Ф.Смирнов, В.З.Власов, В.В.Болотин, А.Р.Ржаницын и
др. Вопросы колебаний комбинированных систем рассматривались в
работах И.К.Мелдера, Г.Б.Хачалова, В.П.Бабия, Г.Б.Бебневой,
Ю.В.Гайдарова, А.А.Голубева, М.П.Забродина, М.И.Казакевича,
Б.С.Левитина, А.Б. Пуховского, А.ИХтепановой, Б.Я.Шаломова и др.
Отмечается, что, несмотря на значительное количество исследований,
остается потребность в разработке расчетных моделей, отражающих как их
нелинейные свойства, так и разнообразную гамму условий закрепления
Таблица
Классические и активные формы очертания затяжек шпренгельных
систем при равновесных схемах загружения (Н0 Ф 0, -классическая
активная)

87.

Форма затяжки
16,6 14,1
0
Форма затяжки
Л,%
10,1 7,2
0 при одновременном воздействии статических и динамических нагрузок.
Важной и малоизученной особенностью комбинированных систем
шпренгельного типа является конструктивная нелинейность, возникающая

88.

при их колебаниях вследствие периодического отключения гибких
элементов - затяжек.
Предложена механико-математическая модель поперечных колебаний
предварительно напряженных шпренгельных систем, учитывающая влияние
геометрической и конструктивной нелинейности, а также широкий спектр
параметров системы - разнообразные условия закрепления, многоуровневое
размещение затяжек, связи сдвига в составных балках жесткости,
воздействие гасителей колебаний и т.п., и сложные условия их загружения комбинаторный и временно'й характер действия статических и
динамических нагрузок, изменение массы конструкции в процессе
колебаний, сотрясения опор и т.д.
Основу предложенной модели представляет шпренгельная система
пролетом L, усиленная N затяжками различного очертания, при следующих
допущениях: - материал балки жесткости и затяжек работает в упругой
стадии; - стойки являются абсолютно жесткими и установлены с шагом п, контур поперечного сечения балки жесткости считается недеформируемым; - линии действия нагрузок проходят через центр тяжести
балки жесткости, положение которого совпадает с центром изгиба; внешним сопротивлением среды, перемещениями системы и инерционными
усилиями, возникающими вдоль продольной оси X, пренебрегаем.

89.

Уравнения колебаний составной балки с N затяжками представлены в
следующем виде:
Здесь: m(x) - удельная (на единицу длины) масса балки; y(x,t) - поперечная
координата оси балки; уо(х) - начальная координата оси балки; f,(x) - форма
i-ой затяжки; t - время; i - номер затяжки; H,(x,t) - проекция усилия в i-ой
затяжке на ось х; Ноп(0 - суммарное усилие в заделке; EI — сумма изгибных
жесткостей частей балки жесткости; Е, - коэффициент внутреннего
сопротивления; q = q(x,t) - внешняя нагрузка; F<jem(x,t) - распределенная
сила со стороны демпферов; - расстояние между составными частями балки;
Т - погонное усилие сдвига между составными частями балки; коэффициент жесткости шва;
EI
v2 1
k=! EkAK
ax
aJy
Э(у-уо)
SC-HiUbiG
x-O.L У .

90.

Граничные условия:
EI
~dx2
= 0.
dx1
x-L
i-0
_4
5x:
d2T
TL = TL =
x=0
Здесь: L - длина балки; Q - эксцентриситет крепления i-й затяжки; изгибная жесткость опорного контура; YA0 = YA0(t), YAL = YAL(t)функции перемещений опор системы во времени.
Н,
(3)
Усилие в i-ой затяжке:
: max

91.

|H0i+^sLai„O|,
где: Но, - проекция начального усилия в затяжке на ось х; Е^А^ - жесткость
затяжки на растяжение; 1; - длина затяжки; Д1-, - изменение длины затяжки
из-за деформации балки.
A1,= AIC + A1,+ A1N + A1H, (4)
здесь: Д1с - изменение длины затяжки за счет наклона опорных сечений
балки жесткости; Д1,- укорочение затяжки за счет изменения длины балки
при изгибе; Д1м - изменение длины затяжки за счет упругого отпора
стоек; Д1н - укорочение затяжки за счет сжатия балки затяжками; ЕА —
суммарная осевая жесткость балки жесткости; Ноп - суммарное продольное
усилие в опорной заделке.
Для решения поставленной задачи использовалась явная схема РунгеКутты-Мерсона четвертого порядка точности по времени с автоматическим
контролем точности решения. Для дискретизации по пространству
использовались центрально-разностная схема второго порядка точности.
Разработан алгоритм расчета и программные средства его реализации.
Исследовано влияние конструктивной нелинейности шпренгельных систем
на их амплитудно-частотные характеристики при свободных поперечных
колебаниях. Показаны отличительные особенности исследуемых систем от
аналогичных стержневых.

92.

Отмечено, что попеременное отключение затяжек в процессе свободных
колебаний шпренгельных систем приводит к возникновению
конструктивной нелинейности, проявляющейся в периодическом
скачкообразном изменении схемы работы конструкции и, соответственно,
частоты собственных колебаний. Влияние конструктивной нелинейности
при симметричных и кососимметричных формах колебаний различно. При
симметричных колебаниях с ростом относительного времени отключения
затяжек, частота уменьшается (рис.11). Это связанно со снижением
упругого отпора затяжек и соответствующим периодическим уменьшением
изгиб- ной жесткости системы в целом. В тоже время при
кососимметричных формах одновременное отключение затяжек исключает
распор в балке жесткости шпренгельной системы, что приводит к
увеличению частоты колебаний.
Оценивая эффект влияния предварительного напряжения затяжек на
частотные характеристики шпренгельных систем, можно сделать
следующие обобщения: при симметричных формах колебания увеличение
усилий натяжения затяжек приводит к снижению собственной частоты
колебаний, а в зоне конструктивной нелинейности - к ее увеличению. При
кососим- метричных - во всех диапазонах работы шпренгельной системы
увеличение предварительного напряжения сопровождается снижением
частотной характеристики.

93.

Особенным является то, что у конструктивно нелинейных
комбинированных систем, в отличие от обычных стержневых,
осцилляционные свойства зависят не только от геометрических и
механических параметров, но и от величины предварительного напряжения
затяжек. При этом порог, осцилляционности с ростом амплитуд колебаний
снижается, а при увеличении уровня натяжения затяжек возрастает. В
условиях свободных затухающих колебаний частотная характеристика
шпренгельных систем с отключающимися затяжками является величиной
переменной: при симметричных формах, по одной полуволне, она с
уменьшением амплитуд возрастает, а при кососимметричных, по двум
полуволнам - уменьшается.
Рассмотрена работа шпренгельных систем в условиях вынужденный
колебаний. Определено, что в условиях вынужденных резонансных
колебаний под действием внешних периодических сил отключение затяжек
приводит к изменению собственных частот и выполняет роль естественного
гасителя колебаний. Частоты внешних возмущений, соответствующие
наибольшим амплитудам колебаний шпренгельных систем с
отключающимися затяжками, при симметричных формах колебаний
меньше, а при кососимметричных - больше значений собственных частот
линейных колебаний. Представлены методики для определения наиболее
опасных частот внешних возмущений.

94.

Выявлены воздействия периодического характера, влияние которых, при
определенных условиях, может стать значимым и приводить к аварийным
ситуациям. К ним следует отнести нагрузки промышленной сейсмики и
внешние нагрузки периодического характера. Предлагается ряд
конструктивных мероприятий, позволяющих снизить их отрицательное
влияние.
Отмечается, что одним из способов активного влияния на динамические
параметры шпренгельных систем является учет их взаимодействия с
опорным контуром.
На крупномасштабных моделях пролетом 6 м проведена серия
экспериментов. Исследовались динамические характеристики
шпренгельных систем и эффективность предложенных средств гашения при
свободных колебаниях в условиях периодического отключения затяжек.
Динамические загружения опытных конструкций создавались путем
разрыва нагруженной силовой тяги. Цепь съема информации включала
датчики колебаний, специально сконструированную аналого-цифровую
плату и компьютер. Результаты проведенных экспериментов подтвердили
корректность разработанной модели.
Рассмотрены колебания шпренгельных конструкций с составными
балками жесткости. Показано, что эффективным инструментом управления
динамическими характеристиками шпренгельных систем являются
параметры связей составных балок жесткости. Выявлено, что увеличение

95.

жесткости связей сдвига и разноса элементов балки приводит к повышению
частотной характеристики системы. Теоретические исследования проверены
статическими и динамическими испытаниями шпренгельной конструкции с
составной балкой жесткости пролетом 9 м. При этом оценивались
амплитудные и частотные характеристики свободных колебаний.
Результаты испытаний подтвердили приемлемость разработанной расчетной
модели.
Для расчета комбинированных систем с различными геометрическими и
конструктивными формами разработана конечно-элементная модель
динамического расчета, которая позволяет выполнять расчет
комбинированных систем с учетом геометрической и конструктивной
нелиней- ностей при разнообразных условиях закрепления на действие
сложных комбинаций внешних нагрузок. При этом она позволяет оценивать
продольные колебания элементов системы. Расчет некоторых типов
вантово- стержневых систем показал, что для них периодическое
отключение вант оказывает влияние на амплитудно-частотные
характеристики системы,
В целях проверки корректности разработанной конечно-элементной
модели проведена серия испытаний двухконсольных вантово-стержневых
системПроизведено сравнение эксперименталь

96.

ных и теоретических данных при действии статических и динамических
нагрузок. Результаты испытаний подтвердили обоснованность применения
предложенной конечно-элементной модели.
В пятом разделе показано, что в ранее выполненных работах не
учитывался фактор конструктивной нелинейности систем пространственношпренгельного типа. С этой целью разработана механико- математическая
модель изгибно-крутильных колебаний предварительно напряженных
пространственно-шпренгельных систем, учитывающая влияние
геометрической и конструктивной нелинейности, а также сложный характер
их загружения и эксплуатации.
Уравнения изгибно--крутильных колебаний балки жесткости, усиленной
пространственно ориентированными затяжками, с учетом допущений к ф-ле
(2), представлены в виде:
^ a2 tT '[ дх2 дкг\ mdx2
5х4а
^ a2 tt I дк2 ах2 Г 5х
(5)
^ ioJ ZJ II Av2 йу2 I v 'ЯУ2
эх4а
Здесь: уо(х), Zo(x), y(x,t), z(x,t) - начальные и текущие координаты
продольной оси балки жесткости; 0(t) - текущий угол поворота балки; <р0 начальный угол наклона затяжки; х - продольная координата; fi = fj (х) -

97.

функция выноса затяжек; i - номер затяжки; N - количество затяжек; H,(x,t) проекция усилия в i-ой затяжке на ось х; уо - угол наклона линии действия
нагрузки к оси z; lj - длина «рычага» силы; у0 - угол между линией действия
нагрузки и «рычагом»; ej - тип силы: 0 - постоянного направления, 1 следящая; Е, G, - модуль упругости и модуль сдвига балки жесткости; , 1г,
1ш , U - изгибные, секториальный и крутильный моменты инерции сечения
балки жесткости соответственно; г, rm - полярные
радиусы инерции поперечного сечения и массы балки жесткости
соответственно.
Приведенную крутильную жесткость балки жесткости, в постановке
В.З.Власова предложено определять следующим образом:
где второе слагаемое учитывает влияние затяжек, а третье предварительный выгиб частей балки жесткости. Граничные условия:
fyL = Ya«; y|„.L = zL = ZA0; z|„L = ©[„ = ©|..L = 0;
1С,.8т(ф.).Н,и±Оу^1 v
^.««(vJ.H.Uio.^bl
r
d*y ax2
ax
d2z

98.

3xJ
59 'ax
= ±G,
EI..
a2©
ax1
X-0.L
Где: L - пролет; Gy, Gz, - изгибные жесткости опорного контура
относительно осей у и z; Ge - жесткость опорного контура при кручении.
+ А 1 н + А 1е
Усилие в i-ой затяжке определяются по ф-ле (3). Изменение длины
затяжки из-за деформации балки:
А 1, = А 1с + А 1, + Д 1N
Здесь - составляющие, аналогичные ф-ле
(4); Д1в- влияние угла поворота на длину затяжки;
Fy> F2, Me - силы и крутящий момент, действующие на балку жесткости
со стороны гасителей. Предложенный учет влияния гасителей позволяет
изменять в процессе колебаний жесткость пружин и коэффициент вязкого
трения (демпфирования), что дает возможность, варьируя параметрами
жесткости пружины и коэффициентом вязкого трения, добиваться
наибольшего эффекта гашения колебаний.

99.

Для решения системы (5) использован подход, примененный при
разработке расчетной модели поперечных колебаний шпренгельных систем
(2), что позволило на единой методологической базе решить несколько
задач.
Исследованы амплитудно-частотные характеристики различных типов
пространственно-шпренгельных систем. Определено, что конструктивная
нелинейность пространственно-шпренгельных систем при изгибнокрутильных колебаниях сопровождается проявлением особых динамических
свойств, которые отличаются от соответствующих характеристик этих же
систем при плоских поперечных колебаниях. Так пространственные
изгибные колебания по симметричным формам усиливают влияние
конструктивной нелинейности, что приводит к дополнительному снижению
частотной характеристики системы. В то же время влияние крутильной
составляющей при изгибно-крутильных колебаниях заключается с одной
стороны в увеличении амплитуд, соответствующих переходу в зону
конструктивной нелинейности, с другой стороны, при работе в этом режиме,
имеет место относительное повышение частоты изгибных колебаний (рис.
12).
Численный анализ показал, что наличие шпренгельных затяжек
увеличивает частоту собственных крутильных колебаний пространственношпренгельных систем на 15...30%.

100.

Для снижения амплитуд изгибно-крутильных колебаний предложены
гасители, встроенные в конструктивную форму пространственношпренгельных систем. Разработана расчетная модель гасителя,
воздействующая как на изгибные, так и на крутильные формы колебаний.
Экспериментальная оценка предложенного расчетного подхода
проведена на крупномасштабных моделях пролетом 6 м при действии
статических и динамических нагрузок изгибно-крутильного характера, в том
числе и с использованием гасителей колебаний.
Результаты экспериментов подтвердили, что в условиях загружения
шпренгельных систем крутильными статическими нагрузками
пространственно ориентированные затяжки оказывают разгружающее
воздействие, а при крутильных колебаниях в зоне конструктивной
нелинейности
Рис.12. Зависимость собственных частот от величины начального
возмущения при поперечных и ? изгибно-крутильных колебаниях
пространственно-шпренгельной системы. D - изгибные колебания вдоль
оси z (у); 2D - то же вдоль оси z и y; D0- тоже при наличии крутильной
составляющей относительно оси X ; Y - велиаииа-начаяьнвР»-ввзмущения;
[рос. ШННОКАЛЬИАЯ
БИБЛИОТЕКА C.Herct5j(tf ОЭ 200 акт
ю0 - частота при Н, ; > 0.

101.

собственные частоты возрастают. Для опытных конструкций эффект
составил 21%. В целом проведенные эксперименты подтвердили
приемлемость предложенной расчетной модели.
В шестом разделе рассмотрены некоторые аспекты надежности
комбинированных систем.
Применение вероятностно-статистических методов к расчету надежности
строительных конструкций связано с исследованиями М.Майера,
Н.Ф.Хоциалова, Н. С. Стрелецкого, А.Р.Ржаницына, В.В. Болотина и др. В
настоящее время исследования в этой области ведутся большой группой
ученых, среди которых: О.О.Адреев, П.Л.Визир, В.А.Громацкий, Ю.П.Гуща,
А.Я.Дривинг, А.П. Кудзис, М.Б.Краковский, О.В.Лужин, А.С.Лычев,
Ю.А.Павлов, С.В.Пичутин, А.П.Пшеничкин, В.Д. Райзер, М.М.Ройтштейн,
Н.Н.Складнев, Б.Й. Снарскис, Ю.Д.Сухов, Ю.И.Тетерин, В.П.Чирков и др.
Далее отмечается, что стохастическая природа усилий предварительного
напряжения как фактора несущей способности шпренгельных систем в
известных вероятностных моделях не рассматривалась.
Предложена вероятностная модель для оценки обеспеченности несущей
способности предварительно напряженных шпренгельных систем, которая
дает возможность количественной оценки влияния параметров
стохастической природы, в том числе и усилий предварительного натяжения
затяжек, что позволяет при назначении конструктивных и технологических

102.

параметров целенаправленно влиять на несущую способность
шпренгельных конструкций.
Расчетный подход к оценке обеспеченности несущей способности
предварительно напряженных шпренгельных систем с затяжками включал
детерминистическую и стохастическую части.
Детерминистическая часть модели базировалась на известном и широко
применяемом в строительной механике методе сил.
Прочность системы представлена в виде: где qi и q2 характеризуют
допустимый масштаб нагрузки для балки жесткости, а qj - для затяжки, при
условии выполнения ограничений: по жесткости и прочности системы на
стадии натяжения затяжек, а также устойчивости в процессе
предварительного напряжения и работы под нагрузками.
В стохастической части модели случайными полагались механические
характеристики материала балки жесткости и затяжки, усилия начального
натяжения затяжек и величина их выноса. Законы распределения Но и f[x)
принимались в зависимости от технологических и монтажных условий и
характеризовали различные уровни требований к режиму изготовления и
предварительного напряжения конструкции. Моделирование значений
несущей способности осуществлялось методом PRC-сетки. Типичные
результаты моделирования значений несущей способности Q приведены на
рис.13 в виде гистограмм абсолютных частот.

103.

Обработка результатов моделирования включала: формулировку гипотез
о законе распределения несущей способности; проверку гипотез;
вычисление оценок значений несущей способности, соответствующих
заданной обеспеченности.
Анализ данных, полученных при различных механических и
геометрических параметрах системы и схемах ее загружения, показал, что с
точки зрения типа закона распределения их можно разделить на две группы:
унимодальные (рис. 13, а), описываемые трехпараметрическим
распределением Вейбулла, и трехмодальные (рис. 13,6) распределения,
которые можно описать смесью трех усеченных на конечный промежуток
нормальных распределений. Значения несущей способности, отвечающие
заданной обеспеченности, вычислялись как соответствующие квантили
указанных распределений (рис. 14).
Исследовано влияние законов распределения технологических
параметров, включая усилия начального натяжения затяжек и характер загружения шпренгельных систем, на обеспеченность их несущей
способности. Определено, что при невысоких требованиях к обеспеченности
несущей способности (V = 0,92...0,96), а также при достаточно высокой
точности создания предварительного напряжения (v < 0,045) тип закона
распределения усилий натяжения затяжки не оказывает значительного

104.

влияния на несущую способность системы. Для рассмотренных примеров
это влияние не превысило что можно считать относительно не
существенным. В тоже время для ответственных конструкций его учет,
безусловно, необходим.
Показано, что используемые в практике расчетов коэффициенты
надежности не учитывают величину уровня усилий предварительного
натяжения затяжек и точность его создания. Численный анализ дает
основания утверждать, что существуют диапазоны коэффициентов
вариации, при которых обеспечивается и не обеспечивается расчетный
уровень несущей способности, определенный с использованием
коэффициентов надежности. При этом, чем больше усилия
предварительного напряжения, тем при меньших значениях коэффициента
вариации не обеспечивается расчетная несущая способность конструкции.
Предложенный подход позволяет адекватно учитывать влияние.за- кона
распределения и точности создания усилий предварительного напряжения
на обеспеченность несущей способности шпренгельных систем.
Численные эксперименты показали, что с повышением требований к
обеспеченности снижение несущей способности предварительно
напряженных шпренгельных систем зависит от уровня начального
натяжения затяжек: чем ниже уровень, тем меньше снижение несущей
способности. Также установлено, что при известном законе распределения и
коэффициенте вариации усилий предварительного напряжения наибольшую

105.

несущую способность шпренгельной системы обеспечивает
предварительное напряжение, математическое ожидание которого меньше
значений, полученных из детерминистического расчета (рис.15).
Предложенный расчетный подход позволяет определять эти величины.
В седьмом разделе приводятся сведения о практическом использовании
результатов исследований. Показано, что предложенные и разработанные
комбинированные системы использованы на 35-ти объектах СанктПетербурга и Северо-Западного региона Российской Федерации в ОАО
«Российские железные дороги филиал «Октябрьская железная дорога»,
ФГУП «Петербургский метрополитен», ОАО «Метрострой» и других
организациях.
Приводятся сведения об использовании результатов исследований в
проектной практике институтов «Ленжелдорпроект», «Ленаэропроект»,
«ГИПРООБР» и ряда других проектных организаций.
Представлены данные о практическом применении разработанных
конструктивных систем, объектах внедрения, условиях изготовления и
монтажа Среди них:
- малоэлементные шпренгельные фермы с наклонными стойками для
пролетов 12,18,40 м (рис. 16);
Рис. 17

106.

- большепролетные шпренгельные фермы марочной сборки для пролетов
42 и 48 м;
- комбинированные вантовые поперечины шпренгельного типа,
перекрывающие пролеты до 84 м;
- шпренгельные каркасы с ригелями из перфорированных двутавров и
комбинированным предварительным напряжением для пролета L = 25 м
(рис. 17);
- шпренгельные конструкции с предложенными эффективными формами
очертания затяжек;
- шпренгельные подкрановые балки L = 7.. Л 4 м;
-рамы шпренгельного типа пролетом L = 30 м (рис. 18);
- различные шпренгельные системы усиления (рис. 19) и др.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. На основе анализа комбинированных систем шпренгельного типа,
используемых в зданиях и сооружениях, определены пути их дальнейшего
совершенствования, заключающиеся в применении: рациональных
геометрических форм, прогрессивных профилей, комбинаций различных
способов искусственного регулирования усилий и деформаций,
специальных средств и приемов, а также современных методов расчета.
2. Предложены и экпериментально-теоретически обоснованы новые
конструктивные формы плоских и пространственных легких

107.

комбинированных систем шпренгельного типа с гибкой компоновочной
схемой, способы их изготовления, предварительного напряжения и монтажа,
а также шпренгельные системы усиления эксплуатируемых конструкций,
учитывающие условия возведения, реконструкции и капитального ремонта
зданий и сооружений, которые защищены 27-ю авторскими
свидетельствами СССР и патентами РФ на изобретения.
3. Теоретически и экспериментально исследована работа шпрен- гельных
систем с комбинированным предварительным напряжением, включающим
взаимный выгиб частей балки жесткости и натяжение затяжек:
- при действии на шпренгельную систему неравновесных и, особенно,
внеузловых нагрузок, предложено устраивать ее с перфорированной балкой
жесткости переменной высоты;
- установлен прочностной критерий, отражающий целесообразность
использования комбинированного предварительного напряжения;
определены рациональные параметры его компонентов;
- исследована устойчивость плоской формы изгиба; проанализировано
раздельное и совокупное влияние компонентов комбинированного
предварительного напряжения на устойчивость шпренгельных конструкций;
- предварительное напряжение выгибом приводит к увеличению
крутильной жесткости системы и повышает ее прочность и устойчивость;
- комбинированное предварительное напряжение повышает прочность
системы на 15...20%, а устойчивость на 8... 12%.

108.

4. Определены новые подходы к назначению эффективных форм
очертания затяжек шпренгельных систем. Разработана математическая
модель поиска оптимальных по условию прочности очертаний затяжек и
форм поперечных сечений балок жесткости при различных схемах загружения и уровнях предварительного напряжения. Выявлены и математически
обоснованы формы очертания затяжек, позволяющие увеличить прочность
системы на 5...25%. Новизна предложенных технических решений
защищена патентом РФ № 2186913 на изобретение.
5. Теоретически и экспериментально исследованы поперечные колебания
шпренгельных систем. Разработана механико-математическая модель,
учитывающая их геометрическую и конструктивную нелинейность, а также
другие факторы.
Выявлен ряд существенных особенностей предварительно напряженных
шпренгельных систем, связанных с явлением конструктивной
нелинейности:
- в отличие от традиционных стержневых, динамические
характеристики и границы осцилляционности комбинированных
конструкций с отключающимися затяжками зависят от амплитуды
колебаний, уровня предварительного напряжения и от величины
статической нагрузки. Варьируя параметрами комбинированных систем,
можно изменять условия перехода в зону конструктивной нелинейности и
тем самым управлять их динамическими характеристиками;

109.

- при свободных затухающих колебаниях частотная характеристика
шпренгельных систем с отключающимися затяжками является величиной
переменной;
- в случае вынужденных резонансных колебаний фактор конструктивной
нелинейности приводит к существенному снижению амплитуд, при этом
частоты внешних возмущений, соответствующие наибольшим амплитудам,
не равны частотам собственных линейных колебаний системы.
6. В результате исследований установлено, что частоты собственных
колебаний шпренгельных конструкций существенным образом зависят от
выноса и формы очертания затяжек.
Проанализировано влияние на несущие конструкции малых колебаний
опор на резонансных частотах и неоднократное периодическое действие
одной и той же нагрузки. Показано, что неучет этих воздействий может
приводить к аварийным ситуациям, в связи с чем предлагается ряд
компенсирующих конструктивных мероприятий.
Для снижения амплитуд колебаний по симметричным формам
предложены и обоснованы специальные средства гашения колебаний; при
ко- сосимметричных формах колебаний предложено использовать шпренгельные системы с многоуровневыми затяжками.
На крупномасштабных моделях пролетом 6 м проведены
многочисленные экспериментальные исследования, подтвердившие
корректность основных теоретических положений.

110.

7. Исследованы динамические параметры шпренгельных систем с
составными балками жесткости. Установлено, что на их частотную
характеристику влияет как величина сдвиговой жесткости связей, так и
разнос элементов балки. Испытания серии шпренгельных систем с
составной балкой жесткости пролетом 9 м подтвердили приемлемость
предложенной расчетной модели.
8. Теоретически и экспериментально исследованы поперечные колебания
вантово-стержневых систем. Разработана конечно-элементная модель
динамического анализа комбинированных систем различной топологии,
учитывающая их геометрическую и конструктивную нелинейность при
разнообразных условиях закрепления. Исследования показали, что для
вантово-стержневых систем периодическое отключения вант существенным
образом влияет на их динамические параметры. Испытания серии
двухконсольных вантово-стрежневых конструкций подтвердили
корректность теоретических исследований.
9. Исследованы изгибно-крутильные колебания пространственношпренгельных систем. Разработана механико-математическая модель
расчета и алгоритм ее реализации.
Выявлены некоторые особенности их динамических характеристик:
- при симметричных формах пространственных изгибных колебаний
частотная характеристика пространственно-шпренгельных систем

111.

снижается относительно собственной частоты поперечных колебаний, а при
крутильных -возрастает;
- наличие шпренгельных затяжек увеличивает частоту их собственных
крутильных колебаний.
Для снижения отрицательного влияния динамических воздействий
предложены гасители колебаний, встроенные в конструктивную форму
комбинированных систем.
На крупномасштабных моделях пространственно-шренгельных систем
проведена серия статических и динамических испытаний в условиях
изгибно-крутильных воздействий. Результаты экспериментов подтвердили
приемлемость предложенной расчетной модели.
10. Разработана вероятностная модель оценки обеспеченности несущей
способности шпренгельных систем с учетом стохастического характера их
механических и технологических параметров, в том числе и усилий
предварительного напряжения. Установлены зависимости обеспеченности
несущей способности от механических, конструктивных и технологических
параметров системы. Оценено влияние законов распределения усилий
натяжения затяжек на обеспеченность несущей способности системы в
целом.
11. Практика применения предложенных конструкций на 35-ти объектах
Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона Российской Федерации

112.

подтвердила эффективность их использования в современном
строительстве.
12. Разработаны практические методы расчета предложенных
конструкций шпренгельного типа, используемые в проектной практике ряда
организаций.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Патент РФ на изобретение № 2186913 Е04 С 3/08. Предварительнонапряженная шпренгельная балка / Егоров В.В. Опубл. 10.08. 2002 Бюл. №
22.
2. Патент РФ на изобретение № 2184819 Е04 С 3/10. Предварительнонапряженная шпренгельная ферма / Егоров В.В., Алексашкин Е.Н. Опубл.
10.07.2002 г. в Бюл. № 19.
3. Патент РФ на изобретение №2169243, Е04 С 3/10. Предварительно
напряженная шпренгельная ферма / Егоров В.В., Алексашкин Е.Н. Опубл.
20.06.2001 Бюл. № 17.
4. Патент РФ на изобретение № 2169242, Е04 С 3/08. Шпренгельная
ферма / Алексашкин Е.Н., Егоров В.В., Забродин М.П., Сметанин Д.С.
Опубл. 20.06.2001 Бюл. №17.
5. Патент РФ на изобретение № 2173751, Е04 В 7/14. Предварительно
напряженная вантовая конструкция / Егоров В.В., Алексашкин Е.Н. Опубл.
20.09.2001 Бюл. № 26.

113.

6. Патент РФ на изобретение № 2182207, Е04 С 3/10. Сборно- разборная
металлодеревянная шпренгельная балка / Егоров В.В., Алексаш- кин Е.Н.
Опубл. 10.05.2002 Бюл. № 13.
7. Патент РФ на изобретение № 2166038; Е04 С 3/18, 3/12. Строительный
элемент/ Алексашкин Е.Н., Егоров В.В. Опубл. 27.04.2001 Бюл. №12.
8. Авторское свидетельство № 975956 (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Покрытие здания и сооружения /В.В.Егоров, Ю.В.Гайдаров, М.П.Забродин,
Е.Н.Алексашкин. Опубл. 23.11.1982 Бюл. № 43.
9. Авторское свидетельство № 975955 (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Покрытие здания и сооружения. / М.П.Забродин, Е.Н.Алексашкин,
В.В.Егоров. Опубл. 23.11.1982 Бюл. № 43.
10. Авторское свидетельство № 979597, (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Пространственный блок покрытия / Гайдаров Ю.В., Акимов -Перетц Д.Д.,
Козьмина В.К., Алексашкин Е.Н., Егоров В.В. Опубл. в Бюл. № 45,1982.
11. Авторское свидетельство № 785446 (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Висячее покрытие / Ю.В.Гайдаров, М.П.Забродин, Е.Н.Алексашкин,
В.В.Егоров. Опубл. 07.12.1980 Бюл. № 45.
12. Авторское свидетельство № 916699 (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Висячее покрытие / В.В.Егоров, Ю.В.Гайдаров, М.П.Забродин,
Е.Н.Алексашкин. Опубл. 30.03.1982 Бюл. № 12.

114.

13. Авторское свидетельство № 912871 (СССР), МКИ Е 04 В 7/14.
Висячее покрытие / Ю.В.Гайдаров, В.В.Егоров, М.П.Забродин,
Е.Н.Алексашкин. Опубл. 15.03.1982 Бюл. №10.
14. Авторское свидетельство № 909067 (СССР), МКИ Е 04 В 7/10.
Сетчатый купол /В.К.Козьмина, Ю.В.Гайдаров, М.П.Забродин, В.В.Егоров.
Опубл. 28.02.1982 Бюл. № 8.
15. Патент РФ на изобретение №2166036, Е04 В 7/10. Сетчатый купол /
Егоров В.В., Алексашкин Е.Н., Борисевич, Паутов А.Б. Опубл. 27.04. 2001
Бюл. №12.
16. Патент РФ на изобретение № 2186914 Е04 С 3/10. Предварительнонапряженная шпренгельная ферма / Егоров В.В. Опубл. 10.08. 2002 Бюл.
№22.
17. Патент РФ на изобретение № 2182208, Е04 С 3/10. Предварительно
напряженная пространственная шпренгельная ферма / Егоров В.В.,
Алексашкин Е.Н., Забродин М.П., Веселов В.В. Опубл. 10.05.2002 Бюл. №
13.
18. Патент РФ на изобретение №2193637 Е04 ВС 7/14. Предварительно
напряженная вантовая конструкция / Егоров В.В., Алексашкин Е.Н.,
Забродин МЛ., Паутов А.Б. Опубл. 27.11.2002 Бюл. № 33.
19. Авторское свидетельство № 1159995 (СССР), МКИ Е 04 С 3/08, 3/10.
Способ изготовления предварительно напряженной перфорированной

115.

металлической балки / М.П.Забродин, В.В.Егоров, Е.Н.Алексашкин,
АБ.Паутов. Опубл. 07.06.1985 Бюл. № 21.
20. Патент РФ на изобретение № 2190735, Е04 С 3/10. Способ
комбинированного предварительного напряжения перфорированной
шпренгельной балки/ Егоров В.В. Опубл. 10.10.2002 Бюл. № 28.
21. Патент РФ на изобретение № 2208104 Е04 С 3/10. Способ монтажа
предварительно напряженной шпренгелыюй балки/ Егоров В.В.,
Алексашкин Е.Н. Опубл. 10.07.2003 Бюл. № 19.
22. Патент РФ на изобретение № 2208103 Е04 С 3/10. Способ монтажа
предварительно напряженного блока покрытия / Егоров В.В., Алексашкин
Е.Н. Опубл. 10.07.2003 Бюл. № 19.
23. Патент РФ на изобретение № 2188915 Е04 С 3/10. Способ монтажа
предварительно напряженной шпренгельной рамы/ Егоров В.В., Алексашкин Е.Н., Забродин М.П. Опубл. 10.09.2002 Бюл. №25.
24. Патент РФ на изобретение № 2187608 Е04 С 3/10. Способ усиления
балки предварительно напряженным шпренгелем / Егоров В.В., Алексашкин
Е.Н. Опубл. 20.08.2002 Бюл. № 23.
25. Патент РФ на изобретение № 2209278 Е04 С 3/10. Способ усиления
балки предварительно напряженным шпренгелем / Егоров В.В., Алексашкин Е.Н., Забродин М.П., Голоскок М.И. Опубл. 27.07.2003 Бюл. №21.

116.

26. Патент РФ на изобретение № 2208105 Е04 С 3/10. Способ усиления
железобетонной балки шпренгелем / Егоров В.В., Ледяев А.П., Алексашкин Е.Н. Опубл. 10.07.2003 Бюл. № 19.
27. Авторское свидетельство № 947330 (СССР), МКИ Е 04 С 3/08, 3/10.
Узел крепления усиливающей затяжки к балочному элементу/ Гайдаров
Ю.В., Егоров В.В., Бугаев В.Я., Акимов - Перетц Д.Д. Опубл. 30.07.1982
Бюл. №28.
28. Забродин М.П., Егоров В.В. Эффективность комбинированного
предварительного напряжения шпренгельных систем. В кн.:
«Металлические конструкции и испытания сооружений». Межвузовский
сборник трудов ЛИСИ "Металлические конструкции и испытания
сооружений", Л., 1982.
29. Забродин М.П., Егоров В.В. Шпренгельные балки с перфорированной
стенкой. Журнал "Транспортное строительство", № 9, М., 1983.
30. Забродин М.П., Егоров В.В. Исследование потери устойчивости
плоской формы изгиба шпренгельных балок с перфорированной стенкой и
комбинированным напряжением. Журнал «Известия ВУЗов «Строительство
и архитектура», № 8, Новосибирск, 1984.
31. Забродин М.П., Егоров В.В. Экспериментальное исследование
шпренгельных конструкций с перфорированной балкой жесткости. В кн.:
«Металлические конструкции и испытания сооружений». Межвузовский
тематический сборник трудов. Л., ЛИСИ, 1984.

117.

32. Егоров В.В. Оптимизация компонентов комбинированного
предварительного напряжения шпренгельных балок с перфорированной
стенкой. Деп. ВНИИИС № 1335 вып.З,1987.
33. Забродин М.П., Егоров В.В. Анализ напряженного состояния
шпренгельных систем с комбинированным напряжением. В кн.: Проблемы
прочности материалов и сооружений на транспорте. Сборник научных
докладов, представленных на Ш-ю Международную конференцию. Санкт Петербург, 1997.
34. Егоров В.В., Забродин М.П., Кудрявцев А.А. Проектирование
шпренгельных балок с перфорированной стенкой. Учебное пособие,
ПГУПС, Санкт-Петербург, 1998.
35. Забродин М.П., Егоров В.В., Сметанин Д.С. Комбинированные
системы шпренгельного типа для опорных конструкций контактной сети и
особенности их динамического расчета. В кн.: «Проблемы прочности
материалов и сооружений на транспорте». Сборник трудов IV
Международной конференции, Санкт -Петербург, 1999 г.
36. Забродин М.П., Егоров В.В. Новые формы опорных конструкций
контактной сети и особенности определения их динамических
характеристик. В кн.: «Современные строительные конструкции из металла
и древесины». Сборник научных трудов. ОГАСУ, Одесса 1999.
37. Егоров В.В., Вьюненко Л.Ф. Оценка надежности предварительно
напряженных шпренгельных конструкций методом PRC-сетки. В кн:

118.

Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: м-лы V
международной конференции./Череповец: ЧГУ. 2002.
38. Егоров В.В. Работа предварительно напряженных шпренгельных
систем с составной балкой жесткости в условиях статических и
динамических воздействий. В кн: Проблемы прочности материалов и
сооружений на транспорте: м-лы V международной конференции; 27-28
июня 2002 / Череповец: ЧГУ, 2002.
39. Вьюненко Л.Ф., Егоров В.В. Использование метода PRC-сетки для
оценки надежности конструкций шпренгельного типа. Журнал «Обозрение
прикладной и промышленной математики», т. 9, вып.1,2002.
40. Егоров В.В. Ресурсы работоспособности предварительно
напряженных шпренгельных ригелей жестких поперечин при динамических
воздействиях. В кн: «Исследования и разработки ресурсосберегающих
технологий на железнодорожном транспорте: Межвузовский сборник
научных трудов с международным участием/ под ред. д-ра техн. наук
В.Н.Яковлева. - Вып. 23. - Самара: СамИИТ, 2002.
41. Егоров В.В. Работоспособность предварительно напряженных
шпренгельных систем в условиях статических и динамических воздействий.
В кн.: Сборник научных трудов международной научно-технической
конференции «Современные проблемы совершенствования и развития
металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и
на транспорте» - Самара, СамГАСа, 2002.

119.

42. Вьюненко Л.Ф., Егоров В.В., Е.Ю. Морозова. Алгоритм определения
оптимальной формы затяжки шпренгельной конструкции. Журнал
«Обозрение прикладной и промышленной математики», т. 9, вып.2, 2002.
43. Егоров В.В. Расчетная модель колебаний шпренгельных систем с
составной балкой жесткости. В сб.: Структура и свойства перспективных
металлов и сплавов. Труды XL международного семинара "Актуальные
проблемы прочности". Вел. Новгород, НовГУ, 2002.
44. Егоров В.В., Л.Ф.Вьюненко. Вероятностные модели обеспеченности
несущей способности предварительно напряженных шпренгельных
конструкций. В кн.: Сборник научных трудов международной научнотехнической конференции «Современные проблемы совершенствования и
развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в
строительстве и на транспорте» - Самара, СамГАСа, 2002.
45. Егоров В.В. Предварительно напряженные шпренгельные ригели
жестких поперечин электрифицированных железных дорог в условиях
статических и динамических воздействий. В кн.: «Современные проблемы
проектирования, строительства и эксплуатации транспортных объектов».
Материалы Международной конференции, Санкт - Петербург, 21-22 ноября
2002 года, Санкт-Петербург, ПГУПС, 2003.
46. Вьюненко Л.Ф., Егоров В.В., Е.Ю. Морозова. Применение
модифицированного метода Нелдера - Мида для оптимизации

120.

шпренгельных систем зданий и сооружений. Журнал «Обозрение
прикладной и промышленной математики», т. 10, вып. 1,2003.
47. Егоров В.В. Изгибно-крутильные колебания предварительно
напряженных шпренгельных систем. Журнал «Обозрение прикладной и
промышленной математики», т. 10, вып.2,2003.
48. Вьюненко Л.Ф., Егоров В.В., Морозова Е.Ю. Оценка обеспеченности
несущей способности строительных конструкций при статистическом
моделировании. Журнал «Обозрение прикладной и промышленной
математики», т. 10, вып.3,2003.
49. Егоров В.В. Конечно-элементная модель для динамического анализа
комбинированных систем с учетом геометрической и конструктивной
нелинейностей. В кн.: Научные труды YI Международного симпозиума
«Современные проблемы прочности» им. В.АЛихачева 20-24 октября 2003,
г. Старая Русса: в 2 т. - т.2 / под ред. В.Г.Малинина; НовГУ имени Ярослава
Мудрого. - Великий Новгород 2003.
50. Егоров В.В. Нелинейный динамический расчет пространственных
предварительно напряженных шпренгельных систем. В кн.: «Актуальные
проблемы современного строительства». Сборник докладов 56-й
Международной научно-технической конференции молодых ученых, ч. I.
СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 2004.
51. Егоров В.В., Вьюненко Л.Ф., Морозова Е.Ю. Расчетная модель для
поиска оптимальных параметров шпренгельных конструкции. В кн.:

121.

«Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте».
Материалы VI Международной конференции, Санкт -Петербург, 2004.
52. Егоров В.В., Вьюненко Л.Ф. Вероятностная оценка несущей
способности предварительно напряженных шпренгельных систем. В кн.:
«Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте».
Материалы VI Международной конференции, Санкт -Петербург, 2004.
53. Егоров В.В. Динамический расчет пространственных предварительно
напряженных шпренгельных систем с гасителями колебаний. В кн.:
«Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте».
Материалы VI Международной конференции, Санкт -Петербург, 2004.
54. Егоров В.В., Вьюненко Л.Ф. Расчет несущей способности
строительных конструкций шпренгельного типа на основе
полувероятностной модели. Журнал «Известия вузов. Строительство»
№4,2004.
55. Егоров В.В. Неклассические формы шпренгельных систем для зданий
и сооружений. //Научно-технические ведомости СанктПетербургского технического университета. 2004, №1.- СПб.: Изд-во
СПбГПУ.
56. Егоров В.В., Вьюненко Л.Ф. Механико-математическая модель
вероятностного расчета шпренгельных систем. В кн.: «Проблемы прочности
материалов и сооружений на транспорте». Труды VI Международной
конференции, Санкт -Петербург, 2004.

122.

57. Егоров В.В. Изгибно-крутильные колебания шпренгельных систем со
специальными средствами гашения. В кн.: «Проблемы прочности
материалов и сооружений на транспорте». Труды VI Международной
конференции, Санкт -Петербург, 2004.
58. Егоров В.В.' Колебания конструктивно нелинейных
комбинированных систем./ Материалы VIII-й Всероссийской конференции
по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в
технических университетах». - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.
59. Егоров В.В. Динамический расчет вантово-стержневых систем с
отключающимися элементами на основе конечно-элементной модели.
Журнал «Обозрение прикладной и промышленной математики», т. 11, вып.
2,2004.
60. Егоров В.В. Антирезонансная защита элементов контактной сети.
Журнал "Транспортное строительство", № 8, М., 2004.
61. Егоров В.В. Воздействие колебательных нагрузок от подвижного
состава на близлежащие сооружения. Журнал "Транспортное
строительство", № 9, М., 2004.
Подписано к печати 15.09.04 г.Печ.л.-3,0
Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1\16
Тираж 150 экз. заказ № ?6%
СР ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр.9

123.

Численные исследования модульных систем трѐхгранных ферм плоских
покрытий зданий
12 1 Е.А. Мелѐхин , П.С. Иванов , А.Б. Малыгин
1Московский государственный строительный университет
2Томский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация: В представленной статье рассматриваются плоские покрытия из
трѐхгранных ферм с развитием конструктивной формы в одном продольном
направлении. Несущие конструкции покрытия из трѐхгранных ферм
применяются для общественных и производственных зданий и сооружений.
Применение модульной системы в качестве результата поперечного
конструктивного членения конструкций трѐхгранных ферм позволяет
осуществлять их безопасную транспортировку до места складирования или
строительства. Рассмотрены особенности формирования модульной
системы с учѐтом конструктивных особенностей компоновки
пространственных трѐхгранных ферм. Представлено обоснование расчѐтной
математической модели конструкции пространственно-стержневой
трѐхгранной фермы с нецентрированными бесфасоночными узлами
сопряжения. Результаты оценки напряженно-деформированного состояния
позволили оценить деформативность пространственно-стержневой модели
трѐхгранной фермы с податливыми и жѐсткими монтажными узлами
сопряжения смежных модулей. Представлено описание особенностей
формирования вариативных расчѐтных моделей, которые учитывают

124.

особенности конструкций нецентрированных бесфасоночных узлов.
Определены наиболее нагруженные элементы пространственно-стержневой
системы трехгранных ферм со стыковым примыканием раскосов к поясам.
Представлен сравнительный анализ оценки деформативности вариативных
расчѐтных моделей. По результатам сравнительного анализа
деформативности математических расчѐтных моделей трѐхгранных ферм
покрытия обосновано применение податливых монтажных узлов
сопряжения модулей. Подтверждена возможность применения различного
элементного состава стержней в пределах каждого модуля конструкции
трѐхгранной фермы.
Ключевые слова: модульная система трѐхгранной фермы, конструкции
нецентрированных бесфасононых узлов; пространственно-стержневая
расчѐтная модель; деформативность модульных систем с жесткими и
податливыми монтажными узлами, сравнительный анализ расчѐтных
моделей.
Большинство объемно-планировочных решений в зависимости от
технологических процессов производственных и складских зданий
ограничиваются применением плоских покрытий [1, 2]. Некоторые
архитектурные формы общественных зданий также решаются с
применением плоских покрытий, в основе которых используются
структурные плиты [3, 4]. Следует отметить, что снижение металлоѐмкости
зданий достигается путем использования новых конструктивных форм,

125.

профилей (трубчатых, широкополочных тавровых, тонкостенных, гнутых и
гнутосварных из низколегированной повышенной прочности тонколистовой
стали, перфорированных, гофрированных и др.) [5, 6].
Использование современных методов технологии сборки и монтажа
металлических конструкций существенно влияет в конечном итоге на выбор
конструкций, их стоимость строительства и эксплуатации [7].
Стальные конструкции трѐхгранных ферм применяются в качестве
несущих систем плоских покрытий общественных и производственных
зданий и сооружений [8, 9]. Развитие конструктивной формы несущей
конструкции плоского покрытия в пределах прямоугольного плана
осуществляется в продольном направлении за счет регулярной установки
пролѐтных трѐхгранных ферм с переменным или одинаковым шагом (рис.
1).
Рис. 1. Несущие конструкции плоского покрытия из трѐхгранных ферм.
В составе конструкции пролѐтной трѐхгранной фермы используются две
наклонные плоские фермы с общим нижним поясом, а также включаются
полностью или частично несущие элементы кровельного покрытия.
Эффективное внедрение и широкое применение конструкций из
трѐхгранных ферм связано с необходимостью обеспечения их высокого

126.

уровня заводской комплектности, мобильности доставки на строительную
площадку, простые и безопасные методы возведения.
Применение модульной системы позволяет реализовать задачи с
безопасной транспортировкой конструкций пролѐтных трѐхгранных ферм
плоских покрытий [10].
В основе применения модульной системы осуществляется
конструктивное членение пролѐтной конструкции на отдельные
пространственно-стержневые модули. При этом каждый конструктивный
модуль может обладать направленной конструктивной изменчивостью в
наборе элементного состава, позволяющей повысить эффективность как
отдельной конструкции трѐхгранной фермы, так и покрытия из
пространственных ферм в целом.
Конструктивное поперечное членение пролѐтной трѐхгранной фермы
осуществляется по узлам двух верхних поясов с вычленением поясного
стержня панели общего, для объединѐнных наклонных ферм, нижнего пояса
(рис. 2).
Такое конструктивное членение пролѐтной конструкции трѐхгранной
фермы позволяет применять достаточно простые конструкции узлов с
минимизацией их количества. В рамках формирования конструкций
модулей необходима типизация, которая учитывает особенности

127.

транспортной перевозки, складированию и монтажу определенным видом
транспорта. Таким образом, предусматривается снабжение каждого модуля
разъѐмными монтажными узлами сопряжения, а также, при необходимости,
дополнительными стационарными или временными элементами.
Монтажные узлы сопряжения предназначены для производства
укрупнительной монтажной сборки модульной конструкции трѐхгранной
фермы на строительной площадке. Применение дополнительных элементов
в составе конструкции модуля определяется необходимостью обеспечения
достаточной жѐсткости для его транспортировки, складирования и монтажа.
Таким образом, конструкции модульных трехгранных ферм позволяют
осуществлять транспортную доставку на строительную площадку
практически в любой географический район строительства.
Практически все существующие перспективные разработки и
технические решения конструкций плоских покрытий из трѐхгранных ферм
на основе применения широкодоступных и индустриально освоенных
прокатных профилей имеют конструктивную возможность модульной
компоновки.
Конструктивная и технологическая проработка существующих
разработок конструкций покрытий из трѐхгранных ферм на основе
применения индустриально развитых прокатных профилей основана
непосредственно на результатах экспериментальных и теоретических
исследований.

128.

Для каждой несущей системы плоского покрытия из трѐхгранных ферм
при формировании модульной системы необходимо учитывать их
конструктивные особенности и условия компоновки отправочных модулей
для доставки автотранспортом общего назначения.
Компоновка составного пятигранного профиля поясных стержней
осуществляется путем стыковки равнополочного уголка и швеллера по всей
длине прокатов (рис. 3).
Бесфасоночные узлы образуются путем размещения элементов раскосной
решѐтки из одиночных прокатных уголков на полках поясных уголков
пятигранных составных стержней с последующей приваркой по контуру
штампа.
Конструкции бесфасоночных узлов определяются геометрическими
особенностями конструктивной системы и штампами, образуемыми
профилями элементов раскосной решѐтки при размещении на полках
поясных стержней (рис. 4, 5). Торцевые части уголковых раскосов
обрабатываются подрезкой полок профиля для плотного примыкания к
плоскостям поясных уголков (рис. 6). При этом необходимо обеспечить
соблюдение технологических и конструктивных требований по размещению
сварных швов прикрепления.
AjА-А

129.

Рис. 5. Компоновка бесфасоночных узлов нижнего пояса
обрезка щековая полка
?k, а
\
(К
Рис. 6. Компоновка штампа примыкания раскоса уголкового профиля
Формирование конструкций трѐхгранных ферм с геометрической схемой
центрированных узлов относится к сложной конструкторской задаче. В
подавляющем большинстве проектных решений геометрические
особенности узловых элементов на этапе конструирования приводят к
необходимости компоновки нецентрированных узлов [11]. При этом
возникает необходимость учитывать влияние особенностей конструкций
бесфасоночных узлов с неразрезными поясами составного сечения и
примыкающих стержней малой изгибной жѐсткости на напряженнодеформированное состояние конструкции трѐхгранной фермы.
Типизация конструкций узлов сопряжения в пределах конструктивного
модуля позволяет обосновать использование двух типоразмеров для сжатых
и растянутых элементов раскосной решѐтки.

130.

Разработанные конструктивные решения по монтажной компоновке
модульной системы трѐхгранных ферм предусматривают устройства
жѐстких фланцевых узлов, рассчитанных на восприятия расчѐтной
комбинации узловых усилий. Это обеспечивает соответствие условиям
расчѐтной схемы,
учитывающим компоновку трѐхгранной фермы с неразрезными поясами и
примыкания стержней с малой изгибной жѐсткостью. Каждая конструкция
модуля в концевых частях неразрезных поясов снабжается торцевыми
пластинами. При этом компоновка монтажных узлов требует соблюдения
условий по размещению пластин фланцев, сварных швов их крепления к
поясам и возможности монтажной постановки болтов.
Размещение торцевых фланцев в конструкции монтажных узлов модулей
формирует некоторые конструктивные ограничения в устройстве
конструкции кровельного покрытия. Для прогонной конструкции
кровельного покрытия приходится предусматривать смещение прогона
вдоль пояса по сторонам от узлового фланца. Для беспрогонной кровли
рационально рассмотреть размещение торцевых пластин в одном уровне с
профилями верхних неразрезных поясов. В этом случае необходимо
учитывать, что компоновка модульной системы трѐхгранной фермы
осуществляется на податливых монтажных узлах.
Цель исследований связана с оценкой напряженно-деформированного
состояния модульной трѐхгранной фермы с нецентрированными

131.

бесфасоночными узлами примыкания при различных формах приложения
статической нагрузки и различных вариантах моделирования конструкций
монтажных узлов сопряжения модулей.
Численные эксперименты выполнены на основе вариативной расчѐтной
модели пространственно-стержневой трѐхгранной фермы пролѐтом 24м,
шириной 3м и высотой 1.5м в среде стандартного расчѐтного комплекса
SCAD.
Расчѐтной моделью с нецентрированными бесфасоночными узлами
учитывались различные формы приложения нагрузки и условия монтажного
сопряжения модулей (рис. 7).
Рис. 7. Расчѐтная модель трѐхгранной фермы
Стержни пространственно-стержневой расчѐтной модели в произвольном
пространстве характеризуются как элементы произвольного вида с
узловыми связями по всем линейным и угловым направлениям. Сечение
верхнего пояса принято составным из двух прокатных элементов швеллера
и уголка. Ориентация сечения в пространстве соответствует вертикальному
положению стенки швеллера. Сечение нижнего пояса принято из
одиночного прокатного уголка с ориентацией обушка вверх.
Нецентрированные узлы образованы путем формирования узлов в
качестве точек сопряжения продольных осей элементов в местах

132.

шарнирного примыкания растянутых и сжатых раскосов к неразрезным
поясам. Шарнирное примыкание раскосов из одиночных прокатных уголков
определено их малой изгибной жѐсткостью.
Граничные условия установлены по крайним точкам верхних узлов по
однопролѐтной балочной схеме. Для двух крайних узлов установлены
закрепления по всем линейным смещениям. Два противоположных узла
модели имеют освобождение по линейным смещениям в продольном
направлении [12].
Поперечные затяжки с шарнирным сопряжением во всех узлах верхних
поясов рассматриваются, как связевые элементы, моделирующие
размещение конструкции кровельного покрытия.
Конструкция жѐстких фланцевых узлов учитывалась в расчѐтной схеме в
виде учета закреплений по всем направлениям. Податливое сопряжение
узлов верхних поясов модулей трѐхгранной фермы учитывается в расчѐтной
модели освобождением угловых связей стержней в вертикальной плоскости
изгиба. Также учитывается освобождением угловых связей сечения по двум
его узлам также в вертикальной плоскости изгиба для доборных элементов
нижнего пояса.
Для последующего сопоставления результатов расчѐта вариативных
моделей пространственно-стержневой трехгранной фермы
предусматривалась единая форма приложения нагрузок.

133.

Суммарное значение узловой и линейной равномерно распределенной
нагрузки по верхним неразрезным поясам соответствуют приведенному
значению по грузовой площади.
Вариантами нагружения предусмотрено приложение нагрузки только по
верхним поясам пространственно-стержневой фермы.
Расчѐтной моделью предусмотрена компоновка модульной трѐхгранной
фермы в четыре модуля с жѐсткими и податливыми монтажными узлами.
Пространственно-стержневая расчѐтная модель рассчитывалась на
статические загружения: 1 загружение - сосредоточенная нагрузка в узлах
геометрической схемы; 2 загружение - сосредоточенная нагрузка в узлах
примыкания сжатых раскосов; 3 загружение - сосредоточенная нагрузка в
узлах примыкания растянутых раскосов; 4 загружение - равномерно
распределенная линейная нагрузка.
Анализ напряженно-деформированного состояния пролѐтной
конструкции трѐхгранной фермы свидетельствует о соответствии характера
распределения значений усилий для плоских ферм, но при этом имеет свои
особенности. Нецентрированные бесфасоночные узлы характеризуются
образованием дополнительных узловых изгибающих моментов.
Наибольшие значения усилий в системах с жесткими и с податливыми
монтажными узлами формируются загружением - сосредоточенная нагрузка
в узлах примыкания растянутых раскосов. Наиболее нагруженными
элементами верхнего пояса по критерию значения продольного усилия

134.

являются стержни срединных панелей. При этом в расчѐтной модели
системы с жесткими монтажными связями это значение ниже в пределах до
0.5% относительно расчетной модели системы с податливыми монтажными
связями. Аналогично с наиболее нагруженным элементом нижнего пояса суммарное значение этих усилий в верхних поясах соответствует наиболее
нагруженному центральному элементу нижнего пояса.
Наиболее нагруженными узлами верхних поясов по критерию значения
изгибающего момента являются приопорные узлы в месте примыкания
растянутых раскосов. При этом, в расчѐтной модели системы с жесткими
монтажными связями это значение выше почти на 25% относительно
расчѐтной модели системы с податливыми монтажными связями.
Наиболее нагруженными элементами верхних поясов при загружении равномерно распределенная линейная нагрузка, по критерию значения
изгибающего момента являются стержни примыкания к приопорным узлам
со стороны растянутых раскосов. При этом, в расчѐтной модели системы с
жесткими монтажными связями это значение выше почти на 23%
относительно расчѐтной модели системы с податливыми монтажными
связями.
Наиболее нагруженные элементы раскосной решетки примыкают к
приопорным панелям верхних поясов. При этом, в расчѐтной модели
системы с жесткими монтажными связями это значение ниже в пределах 2%
относительно расчѐтной модели системы с податливыми монтажными

135.

связями, как и для растянутых элементов, это значение ниже, только в
пределах 3%.
Установлено снижение пиковых значений моментов приопорных узлов
верхних поясов при размещении сосредоточенной нагрузки в местах
примыкания сжатых раскосов относительно размещения в местах
примыкания растянутых раскосов.
Для оценки деформативности расчѐтных моделей приведены значения
линейных перемещений узлов нижнего пояса, которые формируются
принятыми формами загружения (табл. 1).
Таблица №1
Значения линейных перемещений центральных узлов верхних поясов
трѐхгранной фермы.
Узел
№
Загруж.
Модульная система с жесткими монтажными узлами
Модульная система с податливыми монтажными узлами
X
Y
Z

136.

X
Y
Z
ЦУ-1
1
-3,084
0
-69,891
-3,103
0
-75,464
ЦУ-1
2
-3,05
0
-69,075
-3,065
0
-74,497
ЦУ-1
3
-3,134

137.

0
-71,114
-3,151
0
-76,772
ЦУ-1
4
-3,121
0
-70,869
-3,116
0
-76,215
ЦУ-2
1
-0,459
0
-69,891
-0,452
0
-75,464
ЦУ-2

138.

2
-0,459
0
-69,075
-0,452
0
-74,497
ЦУ-2
3
-0,463
0
-71,114
-0,456
0
-76,772
ЦУ-2
4
-0,47
0
-70,869
-0,467
0

139.

-76,215
Таким образом, приложение сосредоточенной нагрузки в узлах примыкания
растянутых раскосов и приложение равномерно распределенной линейной
нагрузки являются расчетными формами нагружения для расчѐтных
моделей с жѐсткими и податливыми монтажными узлами.
По результатам численных исследований модульной трѐхгранной фермы
с нецентрированными бесфасоночными узлами примыкания раскосной
решѐтки к неразрезным поясам с жѐсткими и податливыми монтажными
узлами сформулированы основные выводы и рекомендации:
1. Использование модульной системы с поперечным членением
расширяет возможности конструктивной компоновки конструкций
трѐхгранных ферм.
2. Деформативность расчѐтной модели с податливыми монтажными
узлами сопряжения модулей выше в среднем на 8% по сравнению с
расчѐтной моделью с жесткими монтажными узлами;
3. Характер распределения продольных усилий свидетельствует о
незначительном увеличении их значений в расчѐтной модели с
податливыми монтажными узлами;
4. Характер распределения усилий изгибающих моментов указывает на
снижение их значений, влияющих на выбор профилей верхних поясов в
расчѐтной модели с податливыми монтажными узлами;

140.

5. Введение податливых монтажных узлов в местах сопряжения модулей
определили выравнивание значений усилий изгибающих моментов в виде
снижения пиковых значений в приопорных узлах;
6. Возникновение наибольших усилий в системах с жѐсткими и
податливыми монтажными узлами загружением - сосредоточенная нагрузка
в узлах примыкания растянутых раскосов, определяет необходимость
размещения прогонов кровельного покрытия в местах примыкания сжатых
раскосов.
7. Оценка влияния размещения прогонов кровельного покрытия в местах
примыкания сжатых или растянутых раскосов обосновывает необходимость
разработки типовых конструкций нецентрированных бесфасоночных узлов.
8. Анализ напряжѐнно-деформированного состояния расчѐтных моделей
трѐхгранной фермы позволяет обосновать применение различного
элементного состава стержней в пределах каждого модуля системы.
Сравнительным анализом численных исследований модульной
трѐхгранной фермы подтверждена возможность использования податливых
монтажных узлов и обосновано размещение элементов кровельного
прогонного покрытия в местах примыкания сжатых раскосов.
В рамках дальнейшего развития исследований модульных систем
трѐхгранных ферм необходима разработка конструкций податливых
монтажных узлов без использования торцевых фланцев, наличие которых
может вносить ограничения по компоновке несущих конструкций

141.

кровельного покрытия, при этом необходимо учитывать особенности
организации строительного производства [13, 14].
Перспективным направлением дальнейших исследований
рассматриваемых конструкций покрытий является возможность применения
в современных технологиях строительства «зеленых» крыш [15, 16].
Литература
1. Ищенко И.И., Кутухтин Е.Г., Спиридонов В.М., Хромец Ю.Н.; Под ред.
Ищенко. И.И. Лѐгкие металлические конструкции одноэтажных
производственных зданий М.: Стройиздат, 1979. - 196 с.
2. Кутухтин Е.Г., Спиридонов В.М., Хромец Ю.Н. Лѐгкие металлические
конструкции одноэтажных производственных зданий - 2-е изд., перераб. и
доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 263 с.
3. Голосов В.Н., Ермолов В.В., Лебедева Н.В. и др.; под редакцией Ермолова
В.В. Инженерные конструкции. Учеб. для вузов по спец. «Архитектура» М.; Высш. шк., 1991. 408с.
4. Муханов К.К., Демидов Н.Н. Исследование легких структурных
конструкций. Материалы по лѐгким металлическим конструкциям. М.:
Стройиздат, 1975, С. 160-162.
5. Тришевский И.С., Клепанда В.В. Металлические облегчѐнные
конструкции (справочное пособие). Киев, «Будiвельник» 1978, 112 с.
6. Лихтарников Я.М. Металлические конструкции. Методы техникоэкономического анализа при проектировании. М.: Стройиздат, 1986, 264 с.

142.

7. Изготовление стальных конструкций. Справочник монтажника. Под ред.
Краснова. В.М. М., Стройиздат, 1978, 335 с.
8. Мелѐхин Е.А. Покрытие из трехгранных ферм. Патент №2627794,
11.08.2017, бюл. №23, 8 с. URL:
https://fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/627/794/%
D0%98%D0%97-02627794-00001/document.pdf
9. Мелѐхин Е.А., Фирцева С.В. Покрытие из трехгранных ферм. Патент
№2661945, 23.07.2018, бюл. №21, 8 c. URL:
https://fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/661/945/%
D0%98%D0%97-02661945-00001/document.pdf
10. Мелѐхин Е.А. Модульные трѐхгранные фермы плоских покрытий.
Вестник ТГАСУ Т.23, №2, 2021. С. 65 - 78. DOI: 10.31675/16071859-2021-232-65-78.
11. Мелѐхин Е.А. Пластинчатая расчетная модель узла бесфасоночной
пространственной фермы. 2-я Международная научно-техническая
конференция «Архитектура и строительство», 2002 г., C. 62-64.
12. Поляков Л.П., Файнбург В.М. Моделирование строительных
конструкций. Киев, «Будiвельник», 1975, 160 с.
13. Kreiner K. Organizational Behavior in Construction // Construction
Management and Economics. 2013. Vol. 31, № 11. P. 1165-1169.
14. Зильберова И.Ю., Маилян В.Д., Арцишевский М.Д. Методологические
основы организационно-технологической подготовки возведения объектов

143.

строительства // Инженерный вестник Дона. 2019. №8. URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/N8y2019/6146 (дата обращения: 05.04.2021)
15. Тухарели В.Д., Тухарели А.В., Ли Ю.В. Экологическое строительство
как инновационный подход в строительной индустрии Инженерный вестник
Дона. 2018. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5146.
16. Korol, E., Shushunova N. Benefits of a Modular Green Roof Technology,
Procedia Engineering, Volume 161, 2016, pp. 1820-1826.
References
1. Ishchenko I.I., Kutuhtin E.G, Spiridonov V.M. Lyogkie metallicheskie
konstrukcii odnoetazhnyh proizvodstvennyh zdanij [ Light metal structures of
single-storey industrial buildings] , YU.N. Hromec; Pod red.
I. I. Ishchenko. M.: Strojizdat, 1979. 196 p.
2. Kutuhtin E.G., Spiridonov V.M., Hromec YU.N. Lyogkie metallicheskie
konstrukcii odnoetazhnyh proizvodstvennyh zdanij 2-e izd [ Light metal
structures of single-storey industrial buildings 2-nd edition]., pererab. i dop. M.:
Strojizdat, 1988. 263 p.
3. Golosov V.N., Ermolov V.V., Lebedeva N.V. i dr.; pod redakciej Ermolova
V.V. Inzhenernye konstrukcii. Ucheb. dlya vuzov po spec. «Arhitektura»
[Engineering constructions. Textbook for universities in specialty "Architecture"]
M.; Vyssh. shk., 1991. 408p.
4. Muhanov K.K., Demidov N.N. Issledovanie legkih strukturnyh konstrukcij.
Materialy po lyogkim metallicheskim konstrukciyam. [ The study of lightweight

144.

structural designs. Materials on light metal structures] M.: Strojiz-dat, 1975, S.
160-162p.
5. Trishevskij I.S., Klepanda V.V. Metallicheskie oblegchyonnye konstrukcii
(spravochnoe posobie).[ Metal lightweight structures (guidebook)] Kiev,
«Budivel'nik» 1978, 112 p.
6. Lihtarnikov YA.M. Metallicheskie konstrukcii. Metody tekhnikoekonomicheskogo analiza pri proektirovanii. [ Metal structures. Methods of
technical and economic analysis in design] M.: Strojizdat, 1986, 264p.
7. Pod red. Krasnova V.M. Izgotovlenie stal'nyh konstrukcij. Spravochnik
montazhnika.[ Fabrication of steel structures. Installer's handbook.] M.,
Strojizdat, 1978, 335 p.
8. Melyokhin E.A. Pokrytie iz trekhgrannyh ferm. Patent №2627794,
II. 08.2017, byul. №23 8 p.
9. Melyokhin E.A., Firceva S.V. Pokrytie iz trekhgrannyh ferm. Patent
№2661945, 23.07.2018, byul. №21.
10. MelyokhinE.A. Modul'nye tryohgrannye fermy ploskih pokrytij. Vestnik
TGASU T.23, №2, 2021. S. 65 78. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-232-65-78.
11. MelyokhinE.A. Plastinchataya raschetnaya model' uzla besfasonochnoj
prostranstvennoj fermy. 2-ya Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya
konferenciya «Arhitektura i stroitel'stvo», 2002.
12. Polyakov L.P., Fajnburg V.M. Modelirovanie stroitel'nyh kon-strukcij. [
Modeling of building structures.] Kiev, «Budivel'nik», 1975, 160 p.

145.

13. Kreiner K. Organizational Behavior in Construction. 2013, Vol. 31, №11.
pp. 1165-1169.
14. Zil'berova I.Ju., Mailjan V.D., Arcishevskij M.D. Inzhenernyj vestnik Dona.
2019. №8. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N8y2019/6146 (data obrashhenija:
05.04.2021).
15. Tuhareli V.D., Tuhareli A.V., Li Ju.V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2018. № 3.
URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5146.
16. Korol, E., Shushunova N. Procedia Engineering, Volume 161, 2016, pp.
1820- 1826.
Инженерный вестник Дона, №6 (2022)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7687
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007-2022

146.

147.

148.

149.

150.

151.

152.

153.

154.

155.

156.

157.

158.

159.

160.

161.

162.

163.

164.

165.

166.

167.

168.

169.

170.

171.

172.

173.

174.

175.

176.

177.

178.

179.

180.

181.

182.

183.

184.

185.

186.

187.

188.

189.

190.

191.

192.

193.

194.

195.

196.

197.

198.

199.

200.

201.

202.

203.

204.

205.

206.

207.

208.

209.

210.

211.

212.

213.

214.

215.

216.

217.

218.

219.

220.

221.

222.

223.

224.

225.

226.

227.

228.

229.

230.

231.

232.

233.

234.

235.

236.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего образования «Тольяттинский государственный университет»
Архитектурно-строительный институт
Кафедра «Городское строительство и хозяйство»
направление подготовки 08.04.01 Строительство направленность (профиль)
«Техническая эксплуатация и реконструкция
зданий и сооружений»
МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ на тему: Реконструкция
каменных зданий застройки Центрального района
г. Тольятти.
Студент(ка) А.М. Голуб
Научный
(И.О. Фамилия)
Д.С. Тошин
(личная подпись)
руководитель Консультанты
(И.О. Фамилия)
(личная подпись)

237.

(И.О. Фамилия)
(личная подпись)
(И.О. Фамилия)
(личная подпись)
Руководитель программы « »
д.т.н., доцент В.А. Ерышев
(ученая степень, звание, И.О. Фамилия)
20 г.
(личная подпись)
Допустить к защите
Заведующий кафедрой
к.т.н. Д.С.Тошин
«»
(ученая степень, звание, И.О. Фамилия)
20 г.
(личная подпись) Тольятти 2017
ОГЛАВЛЕНИЕ

238.

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ЗАСТРОЙКИ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА
Г.ТОЛЬЯТТИ 7
1.1. История развития города Тольятти 7
1.2. Массовая застройка Центрального района 13
1.2.1 Строительство блочных домов 14
1.2.2 Строительство панельных домов 18
1.2.3 Строительство каменных домов 25
1.3 Роль капитального ремонта 34
1.4 Выводы по ГЛАВЕ 1 36
ГЛАВА 2 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕКЕНСТРУКЦИИ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ
37
2.1 Основные понятия 37
2.2 Концепция реконструкции жилой застройки 39
2.3 Реконструкция жилых зданий без изменения функционального
назначения 42
2.3.1 Надстройка зданий 45
2.4 Использование новых отделочных и изоляционных материалов для
повышения надежности и долговечности объекта 51
2.5 Выводы по ГЛАВЕ 2 55
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА РЕКОНСТРУКЦИИ ДЛЯ СЕРИИ 1447С 56

239.

3.1 Обследование объекта 56
3.1.2 Сведения об объекте энергетического обследования 57
3.1.3 Оценка сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
здания 59
3.1.4 Рекомендации по обеспечению соответствия теплозащитных
характеристик ограждающих конструкций многоквартирного дома
действующим нормативным требованиям 62
3.2 Реконструкция зданий серии 1-447 63
3.2.1 Реконструкция пятиэтажного дома 65
3.2.2 Реконструкция четырѐхэтажного дома 70
3.3 Поверочный расчет простенка первого этажа от фактически
действующих нагрузок из расчѐта надстройки мансардного этажа 76
3.3.1 Расчет фундамента 87
3.4 Проблема отселения жильцов 88
3.5 Выводы по ГЛАВЕ 3 89
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 91
ПРИЛОЖЕНИЕ А 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 101
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.

240.

В современном мире «хрущевки» являются зданиями неплохого качества,
которые могли бы прослужить еще несколько десятков лет жителям нашего
города, при должном обслуживании. Но внешний вид зданий в целом стал
весьма не привлекательный, по сравнению с новыми застройками города,
моральный износ зданий очень велик, на сегодняшний день составляет
более 80%. , по сравнению с физическим износом. В прошлом веке
индустриальное домостроение строилось с большими прочностными
запасами, срок службы кирпичных домов составляет от 100 до 150 лет.
Программа реновации пятиэтажек Москва не разработана на застройку в
областных городах, и вызывает множество противоречий. Программа
реновации - это снос жилья (сносимой серии) и комплексная реконструкция
районов. Говоря об экономической выгоде сноса и нового строительства по
сравнению с реконструкцией морально устаревших домов - не обоснован,
так как не учитывает в полной мере долгосрочных затрат города,
градостроительных, социальных и экологических проблем. Утилизация
разрушенных пятиэтажек станет глобальной экологической проблемой
города. Вся программа растянется на десятилетия. По оценкам
девелоперских компаний при сносе, чтобы не понести убытки, нужно
построить на той же территории жилья в 1,5-3 раза больше сносимого.
Ссылаясь, на опыт реконструкции домов в Московской области
продолжительность работ составит 9 месяцев, можно достичь увеличение
площади в 1,5 - 2 раза, где стоимость 1 м2 будет меньше в 1,5 раза по

241.

сравнению со стоимостью 1 м2 по городу. Актуальность данной проблемы
имеет большое экономическое значение. Разработав проект реконструкции
серийного типа затраты на проектирование сведутся к минимуму.
Цели и задачи.
Целью данной диссертации является улучшение условий проживания
жителей центрального района, согласно требованиям с СанПиН 2.1.2.264510, путем реконструкции существующего жилого фонда.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- провести анализ застройки Центрального района с выявлением самой
застраиваемой серии;
- Разработка проекта реконструкции.
Объектом исследования в выпускной квалификационной работе
выступает типовая серия 1-447С, на примере двух домов, пятиэтажный
многоквартирный жилой дом, расположенный по адресу г. Тольятти, б-р
Молодежный, д. 38, построенный в 1965 году и четырех этажный
многоквартирный жилой дом, расположенный по адресу г. Тольятти, б-р
Молодежный.
Научная новизна заключается в комплексном подходе к реконструкции
кирпичных домов серии 1 -447С.
Теоретическое и практическое значение работы.

242.

Теоретическая значимость выпускной работы заключается в том, что в
научно-исследовательской работе представлены проектные решения
надстройки на здание, серии 1-447С, мансардного этажа без усиления
конструкций существующего здания, подтверждѐнные расчетом, надстройка
4-х этажей на пилонах, с увеличение площади здания в 2 раза.
Практическое значение исследования состоит в возможности применения
полученных результатов реконструкции серии 1 -447 в других городах
России, так же результаты можно использовать для разработки подобного
проекта другой серии кирпичного домостроения.
Методология и методы исследования.
Методологическую основу данного исследования составляет
комплексные разработки пилотных вариантов реконструкции серии 1 447С7.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Работа докладывалась на научно-практической конференции в рамках
«Дней студенческой науки в ТГУ» и на магистерских семинарах. Приняты к
опубликованию 2 статьи: в сборник студенческих научных работ ТГУ,
Тольятти (2015 г.) и в научный журнал «Молодой ученый» (выпуск №23,
2017г).
Структура и объем диссертации.

243.

Диссертация включает введение, три главы, заключение, список
используемой литературы, одного приложения. Основной текст изложен на
103 страницах. Работа иллюстрирована 9 таблицами и 41 рисунком.
ГЛАВА 1
ИСТОРИЯ ЗАСТРОЙКИ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА Г.ТОЛЬЯТТИ
1.1. История развития города Тольятти
Татищеву
Рисунок 1 - Карта города Тольятти
район
Рождение города Тольятти произошло в 20 июня 1737 году, когда
царским указом императрицы Анны Иоанновны на берегу Куньей Воложки
было решено построить крепость и город Ставрополь. Именно с этой даты
ведется отсчет истории Ставрополя-на-Волге. Основателем крепости и
города стал ближайший сподвижник Петра I Василий Никитович Татищев
[2].
Второе рождение города произошло в 1950 году, когда Ставрополь стал
центром строительства Волжской ГЭС. 21 августа 1950 года было
Тольятти - город уникальной судьбы, расположенный в живописном и
привлекательном для людей месте. Его три (рис.1) района разделены
лесным массивом и раскинулись вдоль Волги на 48 км [1].

244.

ТОЛЬЯТТИ
опубликовано постановление Совета Министров СССР о строительстве
Куйбышевской гидроэлектростанции. Строительство привело к повышению
уровня воды в реке Волге и образованию водохранилища площадью свыше
шесть тысяч квадратных километров. Ставрополь, который располагался в
низине, оказался в зоне затопления. В связи с заполнение Куйбышевского
водохранилища, город пришлось перенести на новое место.
Генеральный план был рассчитан на население до 40 тысяч человек,
состоящее из переселенцев из зоны затопления и рабочих будущего
химического завода, разработан в 1951-1953 годы [2].
Генеральный план, разработанный в 1961 году, был второй, рассчитан на
численность населения до 64 тысяч человек. Однако в 1964 году население
города составляло 123,4 тыс. человек, произошло это в связи с
формированием мощного промышленного. В 1964 году городу дано имя
Тольятти. В 1966 году было принято решение о строительстве в городе
Тольятти одного из крупнейших автозаводов в Европе.
К этому времени разрабатывается третий Генеральный план, который
был утвержден Постановлением Совета Министров РСФСР от 27 апреля
1976 года № 245, он и стал основой современной планировочной структурой
города, предполагалось, что рост населения составит до 750 тыс. человек к
2000 году.

245.

Тенденции, заложенные в 80-е годы, позволили спрогнозировать рост
населения города, что привело к разработке и дальнейшему утверждению
четвертого Генерального плана города. Проектная численность населения на
первую очередь была определена в 800 тысяч человек, из них:
Автозаводский район - 487 тысяч человек, Центральный район - 153 тысяч
человек, Комсомольский район - 134 тысяч человек. Генпланом для
развития города были заложены значительные земельные ресурсы [2].
В целях дальнейшего обеспечения планируемого и комплексного
развития Тольятти, повышения более качественного градостроительного и
архитектурного уровня застройки города, учитывая наличие положительных
экспертиз Главгоcэкспертизы России и Главного управления природных
ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Самарской области,
Постановлением городской Думы от 09.07.2004 г. № 1190 был утверждѐн
проект корректировки Генерального плана г. Тольятти до 2015 года [2].
Центральный район Тольятти — район города административного
значения. Тольятти(рис. 2), расположен в центре города. Административно
выделен в 1972 году. Граничит на западе с Автозаводским, а на юго- востоке
с Комсомольским районами города, отделѐнный от них лесными массивами.
На юге района находится лесной массив, за которым протекает река Волга.
На юго-запад от основных кварталов, непосредственно у берега Волги
находится микрорайон Портпосѐлок, обособленный, но административно
входящий в Центральный район. Это единственное место, где район

246.

выходит на берег Волги. С севера граничит со Ставропольским районом
Самарской области [3].
Начало формирование района произошло в 1950-х годах, в период
затопления Ставрополя. Начался процесс переноса жилых домов, эти дома
стали основой частного сектора района, начал формироваться район.
Частные дома находятся не на окраине района, непосредственно в самом
центре, ограниченные кварталами современной застройки с севера и юга
[3].
В 1951 году построили посадочную площадку и аэродром (на месте
современного Горсада). Но строительство проводилось без определенного
проекта застройки Нового города. Необходимо было найти разработчиков
проекта планировки и застройки Нового города. У областных властей было
несколько вариантов - «Гипроэнергопром» - Ленинградский филиал,
Областная проектная контора. Но выбор пал на «Ленгипрогор» [3].
Рисунок 2 - Карта Центрального района города Тольятти
В 1951 году велась съѐмка плана местности, на это было выделено 300400 тысяч рублей. Проект был готов в 1951 году, но несколько раз
корректировался. Автором проекта стал архитектор Ю.М. Киловатов.
Впервые его основные положения рассмотрел и одобрил Куйбышевский
Облисполком [3].
ул. Б а н ы к и н а

247.

? жилые здания
? нежилые (офисные, магазины и т.д.) здания гаражи или частные дома
технические сооружения медицинские учреждения
Улицы Сталина, Ленина, Химиков стали центральными, ширина, с
учѐтом численности населения, составляла всего 25 метров. По фронту
главных улиц должны были строиться 2-х и 4-х этажные здания. В глубине
кварталов располагался частный сектор. Проект был одобрен с замечаниями
областного отдела по делам архитектуры. Самое интересное, что
первоначальный вариант застройки города был рассчитан всего на 16 тысяч
жителей. В городе с таким населением по нормативам должен быть всего 1
клуб на 530 мест, 2 бани, 5 школ, 5 детских садов, 4 ясли-сада и больница на
150 мест [3, 23].
Откорректированный позднее, в 1953 году, проект был рассчитан на
город с населением в 40 тысяч человек. В январе 1953 года Ю.М.
Киловатову было дано указание переделать этот проект застройки на новый
- с расчѐтом на 100 тысяч человек. Дело в том, что к городу «привязали»
строительство нескольких крупных предприятий и первоначальных объѐмов
застройки уже не хватало [23]. Самое интересно, что в мае 1955 года

248.

Ленгипрогор вновь представил доработанный план застройки Нового
Ставрополя. Была пересмотрена плотность застройки, увеличена этажность
зданий. Определены «красные линии» районов застройки [3].
В течение всего 1953 года шло выделение участков под индивидуальную
застройку и городские здания. В апреле этого года Управление по делам
Архитектуры при Совете Министров РСФСР обязал «Ленгипрогор»
выделить не менее 1 тысячи участков для переносимых зданий и 2,5 тысячи
для застройщиков. В этом же году появились названия улиц и переулков в
Новом городе. Зиму 1953-54 годов жители Нового Ставрополя провели без
воды, плохо работал телефон, хлеб привозили [3].
На 1000 человек жильцов, при наличии 3 магазинов, не имелось ни одной
капитальной уборной, помойной ямы с мусорными ящиками. Все
хозяйственные отходы из квартир и магазинов выбрасывались прямо на
улицу. Чтобы поддержать себя жители разводили свиней, коз, домашнюю
птицу. А для ее содержания рядом с домами строили подсобные помещения
для содержания малого скота. По улице Жилина построили много
подсобных помещений для содержания малого рогатого скота: свиней, коз,
домашней птицы [3].
В сентябре 1953 года в Новом городе проживали уже 5 тыс. человек.
Постепенно шло благоустройство города [23].
В 1954 году началась газификация Нового Ставрополя. В 1954 году газ
имелся только в 84 квартирах, до этого дома сдавались только с холодной

249.

водой и светом. К сентябрю 1954 года было проложено 42 км теплосетей, 61
км водопровода, 50 км асфальтовых дорог. Канализационных сетей было
проложено 29 км, поэтому при большинстве коммунальных домов
устраивались деревянные туалеты. В 1954 году в городе были построены
два первых капитальных магазина [3].
В 1959 года Ставрополь приобретает черты современного города: в мае
исполком областного совета постановил включить в черту города
Ставрополя рабочий поселок Комсомольский и поселок Жигулевское море.
Вследствие чего с 16 мая упраздняется Комсомольский поселковый совет.
Еще ранее, в 1953 году, в городскую черту и в подчинение городу вошел
Портпосѐлок. В 1955 году в городскую черту были включены бывшие земли
колхозов им. Куйбышева, «Путь Ленина», им. Хрущева, земли госземфонда
и гослесфонда, отведенные Ставропольскому гориспокому КГС и
промпредприятиям [3].
В 1960-х годах сформировался северный промышленный узел,
расположенный на северо-востоке от жилых кварталов. Были построены
крупные предприятия машиностроения и химической промышленности:
Волгоцеммаш, Тольятти-Каучук, Куйбышев Азот, электротехнический
завод, Тольяттинская ТЭЦ и другие.
1.2. Массовая застройка Центрального района
В городе Тольятти в период с 1950-1959 гг. было построено 108
Л

250.

домов с площадью 173 050,98 м , в 1960-1969 гг. - 527 с площадью
2095300.49 м2.
Массовое жилищное строительство 4-х, 5-ти этажной жилой застройки
Центрального района началось с конца 1950-х годов и сформировало
базовую часть жилищного фонда. Дома индустриальной застройки сыграли
большую роль в решении жилищной проблемы того времени. Небывалые
темпы строительства были достигнуты благодаря типизации проектов и
простоте архитектурного решения.
Отличительной особенностью жилищного фонда является экономичность
объемно-планировочных решений, высота зданий (4, 5 этажей). На момент
строительства, исходя из санитарно-гигиенических требований того
времени, удельная площадь на одного проживающего составляла 7 м2 (на
сегодняшний она равна 20 м2) [4]. Широкое применение типовых проектов
на всей территории страны.
Рассмотрим период строительства 4-х, 5-ти этажной жилой застройки
Центрального района с 1950г. по 1969 г. Большая часть жилищного фонда
это кирпичные дома, что составляет 69%, панельные дома - 25%, блочные
дома - 6%.
Для наглядности и возможности сравнения, процентное соотношение 4- и
5-этажной застройки домов в период строительства с 1950 по 1969 гг.
представлены на рисунке 3.
Строительство домов с 1950 по 1969 г

251.

6%
25%
? Кирпичные дома
1
Панельные дома
щ
я
? Блочные дома
69%
Рисунок 3- Диаграмма процентного соотношения строительства
4- и 5-этажных домов в период строительства с 1950 по 1969 гг.
1.2.1 Строительство блочных домов
Блочный дом часто путают с панельными домами, так как ограждающие
стены выполнены из легких бетонов, только в блочном доме стена
складывается из нескольких элементов - мелких блоков, а в панельном
домостроении размер стены - это размер панели (с соответствующим
армированием).

252.

В рассмотренный период блочные дома занимают самый меньший
процент строительства, в отличие от панельного и кирпичного
домостроения. Блочные дома серии 1 -439А располагаются по улицам
К.Маркса, Жилина, Ленина, Мира, Советская. Строительство этой серии
проходило с 1960-го года по 1968-й год, было построено 24 дома площадью
85 804,63 м2. Данная информация представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Диаграмма строительства блочных домов в Центральном
районе
Серия дома 1-439А - это жилье эконом-класса, которая распространена
во многих регионах России. Годы строительства серии с 1958 по 1966 г. г.
Серия представляет собой блочные многосекционные дома, с рядовыми и
торцевыми секциями, количество секций в доме от двух и более.
Характерное количество этажей - 5, в редких случаях 4, первые этажи жилые. На этаже располагаются по четыре квартиры, с совмещенными
санузлами.
Наружные стены состоят из крупных бетонных блоков (40 см.),
внутренние - бетон (39 см.). Межкомнатные и двойные межквартирные
панельные перегородки (8 и 27 см. соответственно) - гипсошлакбетон,
плиты перекрытий сборные железобетонные многопустотные - 22 см.,

253.

несущие стены - продольные межквартирные и наружные, облицовка
наружных стен отсутствует.
Водоснабжение в домах серии 1-439А подается от городской сети, есть
подвалы для размещения инженерных коммуникаций. Плиты в таких домах
газовые. Отсутствуют мусоропровод и лифты. Вентиляция - естественная
вытяжная через блоки в санузле и на кухне [5].
Достоинство данной серии - наличие балконов, относительно толстые
наружные стены, возможность перепланировки. Недостатки серии 1-439А
то, что практически во всех двухкомнатных квартирах комнаты смежные,
кроме торцевых секций, маленькие кухни, низкие потолки [5].
Таблица 1 - Площади помещений в серии 1-439А.
Число комнат
Общая площадь, м2
Жилая площадь, м2
Площадь кухни, м2
1
30,5 - 32,2
19-20
5-5,6
2
42-48
29

254.

5-5,6
3
56,0
36,8-39,7
5,3
Рисунок 5 - Планировка торцевой секции 2+2+2+1. Серия дома 1-439А
Рисунок 6 - Планировка торцевой секции 1+2+3+3. Серия дома 1-439А
1.2.2 Строительство панельных домов
Один из способов строительства - это панельное домостроение. При этом
строительстве используют предварительно изготовленные крупные
железобетонные панели и плиты заводского производства при возведении
крупных жилых домов.
В период с 1950 по 1969 гг. в Центральном районе было построено 95
панельных домов трех различных серий. Подробная информация
представлена на рисунке 7.
Строительство панельных домов
30
Количество постороенных домов
11223 0505050

255.

? серия 1-335
0 Рисунок 7 - Диаграмма панельного домостроения в Центральном районе
Панельные дома серии 1-464А.
Строительство этой серии проходило с1962-го года по 1969-й год, был
построен 91 дом, площадью 380 586,19 м . Дома располагаются по улицам
50 лет Октября, Голосова, К.Маркса, Жилина, Комсомольская,
Ленина, М.Горького, Мира, Молодежный бульвар, Победы, Советская,
Ставропольская.
Серия 1-464А выпуска 1961 г. включает 12 типовых проектов 4- и 5этажных домов. В 1963-1964 гг. разработана улучшенная серия 1-464А. В
1968 г. АКБ-1 ЦНИИЭП Жилища, на основе жилых секций 5-этажных
домов серии 1-464Д, для застройки новых районов г. Тольятти разработало
5-этажные рядовые, торцевые, угловые и поворотные блок-секции серии 1464ДТ.
Серия 1 -464А представляет собой панельный пятиэтажный дом, реже 3-х
и 4-х этажный, с количеством секций от 4-х до 8-ми. Типы секций - рядовые,
в которых набор квартир на этаже: 3-2-1-3, 2-2-3-2, торцевые (набор квартир
на этаже: 1-2-2-3). Количество квартир на этаже 4. Квартиры своей
планировкой выходят на одну сторону, за исключение угловых квартир.
Высотой потолков в квартире 2,5 м [24].
В улучшенной серии появились раздельные санузлы, сократилось число
проходных комнат. Улучшилась архитектурная выразительность типовых

256.

зданий разнообразно и интересно решены входные группы, балконы
(обычные консольные, с одной разделительной стенкой и на двух опорных
стенках), лоджия, балконы-лоджии и цветочницы.
Наружные стены: 1 -но, 3-слойные железобетонные толщиной от 21 до 35
см в зависимости от климатического района строительства. Перекрытия:
сплошные железобетонные плиты толщиной 10 см. Перегородки железобетонные, сплошного сечения, толщиной 12 см.
Эксплуатационные качества крупнопанельных зданий в значительной
степени зависят от совершенства конструкций наружных панелей и их
сопряжений. Ранее применявшиеся конструкции сварных стыков не были
защищены от проникновения влаги. Для серии 1 -464А разработаны более
надежные конструкции замоноличенных стыков; проведенные испытания
подтвердили, что такие стыки отличаются
высокой капитальностью и долговечностью. Замоноличенные стыки
надежно связывают перекрытия как с поперечными, так и продольными
стенами, они защищены от промерзания, влаго- и воздухопроницаемости
[24].
Главный недостаток панельных зданий невозможность капитальной
перепланировки, со временем нарушение герметизации межпанельных
швов, что приводит к сырости стен и появлению плесени.
Таблица 2 - Площади помещений в серии 1 -464А.
Число комнат

257.

Общая площадь, м2
Жилая площадь, м2
Площадь кухни, м2
Рисунок 9 - Планировка торцевой секции 2+1+2+2. Серия дома 1-464А
Панельные дома серии 1-468А.
Строительство этой серии в Центральном районе проходило в 1968-м
л
году, было построено 2 дома, площадью 11 432,40м , расположенных по
улице Жилина.
В состав серии 1-468 включены проекты крупнопанельных 4-5- этажных
жилых домов с поперечными несущими стенами (шаг 300 и 600 см) [24].
Серия разработана государственным проектным институтом
Горстройпроект в 1960 г.
Несущим остовом домов данной серии являются поперечные несущие
стены, расположенные в плане с шагом 3 и 6м, благодаря чему в отличие от
домов серии 1 -464, дома этой конструктивной системы получили название
домов со «смешанным» шагом поперечных несущих стен.
Наиболее распространенным представителем домов этой серии является
пятиэтажный четырехсекционный жилой дом. В нем наружные стеновые
панели выполнены из ячеистых бетонов автоклавного твердения или из

258.

легких бетонов, многопустотные железобетонные перекрытия опираются на
поперечные несущие железобетонные стены. Продольные стены здания —
самонесущие. Крыши таких домов возводились в двух вариантах:
совмещенная с рулонным покрытием и чердачная стропильная с кровлей из
волнистых асбестоцементных листов.
Главное преимущество домов рассматриваемой серии состоит в том, что
панели перекрытий не опираются на продольные стены здания. Поэтому эти
стены, кроме отдельных участков внутренней стены, примыкающих к
лестничным клеткам и обеспечивающих продольную устойчивость здания,
могут быть в отдельных местах демонтированы. Именно это обстоятельство
открывает при модернизации таких зданий широкие возможности для
ликвидации недостатков планировки существующих квартир путем
пристройки к зданию дополнительных объемов. Устройство новых и
расширение существующих проемов в несущих поперечных стенах
возможно лишь при подтверждении расчетом и усилении «контуров»
проемов [7].
Рисунок 10 - Планировка серия дома 1-464А
Панельные дома серии 1-335.
Строительство этой серии проходило в 1968-м году, было построено 2
дома, площадью 8 986,80 м . Дома располагаются по улице Жилина.

259.

Серия I-335 — достаточно популярная серия жилых домов панельных
зданий, которая строилась по всему. Проект Ленинградского Отделения
Горстройпроекта (архитекторы Баныкин Б. Н., Артемьева И. Б. и Смирнова
Л. А.).
Характерность архитектурно-панировочного вида серии 1-335:
- окна в квартирах достаточно широкие, по своим размерам на 10 см. шире
по сравнению с «хрушевками» того же периода;
- наличие удлинѐнных окон на лестничных клетках;
- на торцевых стена отсутствуют балконы, и с одной стороны расположена
пожарная лестница;
- продольные несущие стены;
- количество секций насчитывает от 3-х до 10;
- на площадках располагаются по 4 квартиры, 1-, 2-, 3-комнатные, с высотой
потолка 2,55 м [8].
Серия была признана самой неудачной из всех серий жилых домов,
разработанных при Хрущѐве. Дома этой серии возводились с 1956 года по
1968 год, после чего перешли к строительству модернизированных серий I335К, I-335A, 1-335АК и 1-335Д, которые производились вплоть до конца
1980-х г. г. и в некоторых городах выросли до 7 или 9 этажей [8].
о © @ @ ®
Рисунок 11 - Фасад. План типового этажа серии 1-335

260.

Рисунок 12 - Планировка торцевой секция 3+1+2+1. Серия дома 1-335
Рисунок 13 - Планировка торцевой секция 2+1+3+1. Серия дома 1-335
1.2.3 Строительство каменных домов
Массовое строительство «хрущевок» в Центральном районе пришлось на
каменную застройку, что составило 69% от общего количества введенных в
эксплуатацию домов в период с 1950 по 1969 гг. Построено 247 каменных
домов четырех серий начиная с 1957г. (рис. 14,
15)
Хрущевки в период с 1957 по 1969 год
1%
0%
7%
AL

261.

Серия 1-447С
я
Серия 1-446С
1
Серия 1-460
Серия 1-300
92°% Рисунок 14 - Диаграмма процентного соотношения каменных серий в
период строительства с 1957 по 1969 гг.
Годы строительства кирпичных домов
45 40 35 30 25 20 15 10 5
0 Рисунок 15- Диаграмма строительства кирпичных домов в Центральном
районе
Кирпичные дома серии 1-446С.
Строительство этой серии проходило в 1967-м году, был построен 1 дом,
что составляет 0,1% от построенных «хрущевок» в период с 1950 по 1969 гг.
Дом расположен по адресу М. Горького, площадью застройки 5949,90 м2.
В состав серии 1-446 включены проекты 3-4- и 5-этажных жилых домов с
продольными несущими стенами из кирпича или кирпичных блоков
(пролеты по 600 см), с коммунальными квартирами. Серия разработана

262.

государственным проектным институтом Гипрогор в 1957 г. В 1958 г. была
проведена работа по корректировке проектов, в результате которой,
откорректированные проекты получили индекс "С". Годы строительства
серии приходились на 1958-1960е гг.
Кирпичные дома серии 1-300.
Строительство этой серии проходило в 1965-м и 1967-м году, было
построено 2 дома, что составляет 1% от построенных «хрущевок» в период с
1950 по 1969 гг.
Дома располагаются по улице Комсомольская, общей площадью
застройки 7 471,80 м2.
Дома серии 1 -300 можно отнести как к «хрущевкам», так и к
«брежневкам». Данная серия представлена в виде 5-этажных домов из
разноцветного кирпича и в основном предназначалась для покомнатного
расселения (семейные общежития). От других аналогичных серий они
отличаются отсутствием балконов и одинаковыми большими окнами.
Строительство домов серии 1 -300 осуществлялось в Москве,
Долгопрудном, Тольятти, Великом Новгороде и Киеве. Годы строительства
серии приходились на 1960-1970-е года.
Кирпичные дома серии 1-460А.
Строительство этой серии проходило с 1967-1963 года, было построено
17 домов, площадью 50 178,70 м2. Дома располагаются по улице К.Маркса,
Мира и Молодежный бульвар.

263.

Данная серия составляет 7% от построенных «хрущевок» в период с 1950
по 1969 гг.
Дома серии 1 -460 - кирпичные строения с различными конфигурациями
планировочных решений. Возводилась данная серия в нескольких городах
Советского Союза. Серия 1-460 отличается от других аналогичных строений
большими трехстворчатыми окнами. На первых этажах иногда
присутствуют встроенные нежилые помещения. В домах имеется от 3
секций и более, представлены 1 -3-комнатные квартиры. Недостатком
является низкие потолки (2,48 м.), маленькая площадь квартир. В основном,
данная серия была распространена в Климовске, Тольятти и Великом
Новгороде.
Кирпичные дома серии 1-447С.
Данная серия являются самой распространенной, составляет большую
часть каменного жилищного фонда в Центральном районе в период с 1950
по 1969 г. г. - 92%. Строительство этой серии проходило с 1959-го по 1969-й
год, было построено 227 домов, площадью 735 164,66 м2. Дома
располагаются по улице 50 лет Октября, Баныкина, Гагарина, Голосова,
Жилина, К.Маркса, Карбышева, Комсомольская, Ларина, Ленина,
М.Горького, Мира, Молодежный бульвар, Октябрьская, Победы, Советская,
Чапаева.
Процентное соотношение 4- и 5этажных

264.

домов серии 1-447С
44%
? Пятиэтяжные дома
56%
? четырехэтажные дома
Рисунок 16 - Диаграмма процентного соотношения 4- и 5- этажных
домов серии 1-447С в период строительства с 1957 по 1969 гг.
На диаграмме видно, что пятиэтажные дома по отношению к
четырехэтажным домам составляют 56%.
1-447 — серия жилых домов в СССР, разработанная в конце 1950-х
годов, наиболее массовая серия кирпичных хрущѐвок, которая строилась по
всей территории СССР с конца 1950-х по середину 1960-х, а модификации
— по конец 1970-х. «Хрущѐвки» серии 1-447 узнаваемы по наружным
стенам из необлицованного кирпича, двум рядам окон в торцевых сторонах
(обычно без балконов) и прямоугольному корпусу без угловых секций и
выступов [9].
Конструкция. Дома многосекционного типа, длиной от 2 до 8 секций,
наиболее часто встречаются 4-секционные. Дом состоит из торцевых и
рядовых секций [9].

265.

Материал стен — кирпич, чаще всего белый силикатный, существуют
дома из красного кирпича. Штукатурка наружных стен отсутствует.
Некоторые дома покрашены или применено сочетание
красного и белого кирпича для декора. Несущие стены — продольные
наружные и внутренняя центральная, поперечные межквартирные и стены
лестничных клеток. Перегородки гипсобетонные, толщина — 80 мм;
перекрытия — многопустотные железобетонные плиты толщиной 220 мм.
Крыша у большинства домов четырѐхскатная, покрыта асбоцементным
шифером или кровельным железом. Водостоки — наружные водосточные
трубы. Существуют также дома с плоской крышей с битумным покрытием.
Высота потолков 2,48 м. Первый этаж, как правило, жилой. Балконы
имеются на всех этажах, кроме первого. Однако существуют дома без
балконов в угловых квартирах или вообще без балконов [9].
Отопление — центральное водяное, холодное водоснабжение —
централизованное, канализация — централизованная. Горячее
водоснабжение — централизованное или локальное: газовые колонки, при
отсутствии газоснабжения — дровяные водонагреватели (титаны). При
локальном горячем водоснабжении в конструкции дома предусмотрены
дымоходы, проложенные в поперечных межквартирных стенах и стенах
лестничных клеток. Вентиляция — естественная на кухне и в санузле.
Квартиры оснащены ванной и газовой кухонной плитой. В районах без
газоснабжения устанавливались дровяные кухонные плиты или

266.

электрические (при наличии мощных электросетей). Лифт и мусоропровод
отсутствуют [9].
В домах присутствуют одно-, двух- и трехкомнатные квартиры. На
лестничной площадке расположены 4 квартиры. В торцевых секциях набор
квартир 3-1-2-1 или 1-2-2-2, в рядовых 3-2-1-3 или 2-3-2-2. Однако во
многих домах использованы укороченные рядовые секции, по планировке
совпадающие с торцевыми [9].
Таблица 3 - Площади помещений в серии 1-447С.
Число комнат
Общая площадь,
Жилая площадь,
Площадь кухни,
м2
м2
м2
1
28-32
15-20
5-5,6
2
41-44

267.

28-33
6
3
40-57
26-41
6
Комнаты в 2-комнатных квартирах смежные (существуют редкие
варианты улучшенной планировки, где 2 изолированные комнаты), в 3комнатных две смежных и одна изолированная. Проходной является самая
большая комната (гостиная). Совмещенный санузел во всех квартирах [9].
Согласно требованиям СП 31-107-2004 и действующих в настоящее
время норм по жилью, минимальные размеры квартир по числу комнат (без
учета площади балконов, террас, веранд, лоджий, холодных кладовок и
приквартирных тамбуров) и представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Минимальные размеры квартир по числу комнат
Число жилых комнат
1
2
3
4
5
6
Рекомендуемая

268.

28-38
44-53
56-65
70-11
84-96
103-106
площадь
квартир, м2
Площадь помещений должна быть не менее: в однокомнатной
Л
квартире площадь общей 14 м ; в квартирах с числом жилых комнат две и
л
более - не менее 16 м . В квартирах с числом жилых комнат 4 и менее
следует проектировать непроходными. Площади спален квартир должны
22
быть не менее 8 м и 10 м (соответственно, для одного или для двух
л

269.

человек), а при размещении в мансардном этаже - не менее 7 м (при
Л
общей комнате площадью не менее 16 м ). Площадь кухни с учетом
возможности размещения вышеперечисленных зон, а также расстановки
минимального набора мебели и устройства проходов должна быть: в
Л
однокомнатных квартирах - не менее 5 м (в том числе кухни-ниши); в
Л
квартирах с числом жилых комнат две и более - не менее 8 м (в мансардном
этаже - 7 м2), площадь обеденной (кухонной) зоны в кухне- столовой - не
менее 6 м2.
Площадь кладовых и (или) встроенных шкафов определяется заданием на
проектирование, при этом рекомендуется предусматривать
встроенные шкафы площадью не менее: в 1- и 2-комнатных квартирах - 0,6
2 2 2 м ; в 3-, 4- и 5-комнатных - 1 м ; в 6-комнатных - 1,5 м [16].
Недостатком серии являются архитектурно-планировочные решения.
Тесная прихожая. Совмещенный санузел во всех квартирах. Комнаты
общего пользования проходные. Кухня имеет пропорции помещения не
пригодные для организации соответствующего функционального
процесса. Очень маленькие лестничные площадки даже по сравнению с
некоторыми сериями «хрущѐвок». Большинство квартир выходят на одну
сторону света.

270.

Дефицит трехкомнатных квартир. Во многих домах серии использованы
укороченные рядовые секции, в которых отсутствуют трехкомнатные
квартиры.
Критикуя пятиэтажки за их недостатки, не следует забывать и о
достоинствах: благодаря стенам из кирпича они очень долговечны,
перекрытия из толстых многопустотных плит также обеспечивают лучшую
звукоизоляцию по сравнению со сплошными плитами панельных домов.
Дома обустроены всеми видами инженерных сетей, предназначены для
посемейного заселения квартир. Отсутствие несущих стен внутри квартиры,
широкие возможности для перепланировки.
По сравнению с другими сериями «хрущевок» — практически везде
присутствуют балконы. Наличие достаточно крупных кладовок.
Срок службы домов серии 1-447 значительно превышает срок службы
панельных домов (включая хрущѐвские) и составляет не менее 100 лет [9].
Рисунок 17- Фасад. План типового этажа серии 1-447
1.3 Роль капитального ремонта
Типовые пятиэтажные дома массовой застройки, являются заметной
частью городов России. Они расположены, как правило, в обжитых районах
с хорошей транспортной доступностью, недалеко от административных и
культурных центров городов.

271.

Сыгравшую важную роль в решении жилищной проблемы в 50-х и 60-х
годов ХХ века, эти дома сегодня относятся к морально устаревшему и даже
изношенному жилью из-за безликого облика, низких стандартов комфорта и
отсутствия ремонта.
Вопреки распространѐнному мнению обязательному сносу подлежат
только самые первые серии панельных пятиэтажек возведенных в конце 50х годов. Они уже исчерпали свой ресурс прочности и долговечности
(расчетный срок службы изначально был 25-50 лет). К счастью таких
сносимых типовых серий домов немного.
Остальные типовые крупноблочные, кирпичные и огромное большинство
четырех- и пятиэтажек имеет достаточный запас прочности. Создавались
они уже с конструктивными элементами 1 -й категории капитальности,
имеющими срок службы от 100 да 125 лет. Такие дома могут прослужить не
менее 60-80 лет, а при своевременной модернизации намного больше.
Сносить их сейчас нет никакой необходимости и целесообразности.
Разумеется, как и для любых домов, для пятиэтажек необходимо
выполнять текущие и капитальные ремонты, без которых срок службы
зданий резко сокращается.
По регламенту капитальный ремонт домов с проверкой состояния
балконов, заменой кровель, инженерных коммуникаций, сантехники, окон и
дверей положено проводить с периодичностью 25 лет после сдачи этих
домов в эксплуатацию. Нетрудно подсчитать, что первый период

272.

капремонта таких домов пришел на годы перестройки и 90-е, связанные с
государственными и экономическими перестановками. Поэтому капремонт
проведен не был. Не был проведен и позже.
В результате пятиэтажный фонд, лишенный двух капитальных ремонтов,
сегодня не выдерживает требований к степени современного комфорта,
уровня энергопотребления, эстетики и благоустройства, при крепких пока
основных конструкциях. Вопросы по безопасности могут возникнуть разве
что в отношении балконов. Балконы выходят из строя первыми из
наружных элементов зданий. Следовательно, балконы из-за отсутствия
капремонтов - критическая деталь этих домов. Однако фундаменты, стены,
перекрытия пятиэтажек очень крепки.
В настоящее время особую актуальность приобретает задача сохранения
существующего жилого фонда посредством грамотной его эксплуатации и
своевременной реконструкции жилья.
Создание пятиэтажного жилого фонда в 60-е годы было национальным
проектом. Реконструкция этого жилого фонда в настоящее время также
задача национального проекта.
1.4 Выводы по ГЛАВЕ 1
Наибольший объем массовой застройки Центрального района г. Тольятти
составляют кирпичные дома серии 1-447С. Их объем составляет 62% от
общего объема застройки. Пятиэтажные дома по отношению к

273.

четырехэтажным домам составляют 56%, из чего можно сделать вывод, что
их следует рассматривать в равной степени.
Планировочное решение домов этой серии не отвечает требованиям,
предъявляемым к современному жилью, совмещѐнный санузел, проходные
комнаты, миниатюрные кухни. Но благодаря отсутствию поперечных
несущих стен внутри квартиры, появляется возможности по
перепланировке. Дома из силикатного кирпича имеют на сегодняшний день
недостаточную теплоизоляцию.
Кирпичные дома обладают значительным запасом прочности, способные
воспринимать дополнительную нагрузку от надстраиваемых 1 -2 этажей без
усиления существующих несущих конструкций.
Сносить эти дома в регионах не представляется возможным на
ближайшие 50 - 75 лет, главная причина отсутствие финансовых средств на
эти цели в бюджете города.
Это позволяет сделать вывод, что при данных обстоятельствах
необходим поиск новых нестандартных решений для сохранения
существующей застройки.
ГЛАВА2
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕКЕНСТРУКЦИИ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ
2.1 Основные понятия
Понятие «реконструкция» имеет много синонимов. Иностранные
термины: реконструкция, модернизация, реновация, реабилитация,

274.

ревитализация, реанимация, регенерация, трансформация, санация. Русские
понятия: перестройка, переустройство, переделка, переоборудование,
обновление.
Реконструкция жилого дома — переустройство жилого дома с целью
совершенствования его объемно-планировочных решений и архитектурных
качеств (с осуществлением перепланировки квартир, секций, этажей или
нежилых помещений, в том числе с изменением их функционального
назначения), а также конструктивно-технических и инженерно-технических
решений с учетом современных требований при изменении объема жилого
дома — путем пристройки новых объемно- планировочных элементов, в том
числе квартир или их помещений, лестнично-лифтовых узлов, помещений
нежилого назначения, а также надстройки (в том числе мансардным этажом)
или разборки частей жилого дома [10].
С учетом нормативных документов, имеющихся на настоящий период
времени, практического пользования терминами и определениями в
градостроительстве, сокращением многочисленных формулировок
терминов, являющихся их синонимами, сокращением текста формулировок,
но в то же время, с сохранением их значений и емкости звучания
предлагается следующая терминология:
Физический износ здания - величина, характеризующая степень
ухудшения технических и связанных с ними других эксплуатационных
показателей здания (элемента) на определенный момент времени.

275.

Моральный износ здания — величина, характеризующая степень
несоответствия основных параметров, определяющих условия проживания,
объем и качество предоставляемых услуг, современным требованиям.
Капитальный ремонт здания - ремонт здания с целью восстановления его
ресурса с заменой при необходимости отдельных конструктивных
элементов и системы инженерного оборудования, а также улучшения
эксплуатационных показателей.
Текущий ремонт здания - комплекс строительных и организационнотехнических мероприятий по устранению неисправностей (восстановлению
работоспособности) элементов здания и поддержанию эксплуатационных
показателей.
Модернизация здания - комплекс мероприятий, предусматривающий
обновление функционально устаревшего планировочного решения
существующего здания, используемых материалов и его инженерного
оборудования в соответствии с требованиями, предъявляемыми
действующими нормами к условиям проживания и эксплуатационным
параметрам жилых домов. Сущность модернизации жилищного фонда
заключается в улучшении его потребительских качеств путем повышения
уровня благоустройства, а также в приведении зданий в соответствие с
функциональными требованиями путем применения современных
строительных конструкций, материалов.

276.

Реновация — частичный или полный снос жилищного фонда (здания) с
последующей подготовкой территории (участка) для нового строительства
на высвобождаемой территории.
Техническая эксплуатация зданий - использование здания по
функциональному назначению с проведением необходимых мероприятий по
сохранению состояния конструкций здания и его оборудования, при
котором они способны выполнять заданные функции с параметрами,
установленными требованиями технической документации.
2.2 Концепция реконструкции жилой застройки
Реконструкция особенно будет эффективна, если обновление жилищного
фонда будет затрагивать дома массовой серии. Масштаб жилищного фонда,
типовые конструктивные и планировочные решения зданий позволят
осуществить широкое внедрение типизированных технологических и
конструктивных решений, отработанных на пилотных объектах
модернизации, повторное использование проектов проверенных практикой,
сэкономит время и затраты на проектирование.
Главная задача - выявление наиболее приемлемого, экономически
целесообразного метода восстановления жилой застройки серии 1-447,
наиболее распространѐнной в г. Тольятти.
Основные задачи реконструкции жилой застройки домов первых
массовых серий имеют большое социально-экономическое значение. Задача
заключается в первую очередь в ликвидации физического и морального

277.

износа здания, так же при реконструкции продлевается срок службы домов,
улучшение условий проживания , в оснащении жилых зданий современным
инженерным оборудованием, повышении эксплуатационных характеристик
и архитектурной выразительности [6].
Объем жилищного фонда огромен, следовательно, актуальность
проблемы существенно повышается.
При проведении работ по реконструкции встретится множество
трудностей социального, экономического и инженерно-технического
характера, этому свидетельствует отечественный и зарубежный опыт [25].
Проведение исследований по реконструкции, модернизации и реновации
индустриальной застройки, позволит разработать концепцию по улучшению
и сохранению данного фонда, адаптировать программу к различным
вариантам развития экономической обстановке в стране.
Основные положения должны быть направлены техническую
составляющую - от модернизации жилых зданий методом архитектурнопланировочного и инженерного переустройства до комплексной
реконструкции жилой застройки с решением градостроительных,
архитектурных, инженерных и социальных задач. Реконструкция жилых
зданий первых массовых серий в силу разнообразных конструктивных схем,
степени физического и морального износа, расположения в городской
застройке имеет достаточно широкий диапазон технических решений [12,
25].

278.

На сегодняшний день имеется множество способов реконструкции,
зависящих от различных причин: политических, демографических,
социальных, экономических и т.д. Возможные способы реконструкции
изображены на рисунке 18.
Возобновление памятников целиком новостройкой
Консервация памятников
Возобновление утраченных объемов памятников
Вывод с территории города промышленных и вредных
-*
предприятий
Перепрофилирование предприятий с экологической
>

279.

Снос строений целиком
Снос отдельных частей зданий
Передвижка зданий
а. •R
~~* Новое строительство со сносом старого
Ж*
О 55
Надстройки зданий
Пристройки зданий
Встройки и вставки
Без изменения внешнего вида здания (косметическая отделка)
С частичным изменением отдельных
фрагментов фасада здания

280.

Придание зданию другого облика
Благоустройство придомовой территории
Капитальный с перепланировкой
Текущий
Выборочный Рисунок 18 - Способы реконструкции жилой застройки
2.3 Реконструкция жилых зданий без изменения функционального
назначения
Перепланировка квартир с улучшением комфортности проживания
граждан. Изменение планировочного решения происходит в габаритах
существующей общей площади без еѐ увеличения, но с изменением жилой и
полезной площадей [25].
Перепланировка квартиры должна быть направлена на увеличение
размеров кухни, передней, санитарно-технического узла, устройство
встроенных шкафов и кладовых, ликвидацию проходов через общую
комнату. В первом случае вариант перепланировки рядовой секции - все
комнаты стали непроходными, увеличены передние, балконы заменены
лоджиями. Состав квартир не изменен. Границы рядовой секции смещены за

281.

счет помещений торцевой. Во втором случае перепланировка торцевой секция 3-4-1-3 преобразована в секцию 2-3-1-2, увеличены площадь комнат,
все комнаты сделаны не проходными, балконы заменены лоджиями [13].
Кирпичные «хрушевки», в частности серия 1-447, выгодно подходят
своими конструктивными решениями под реконструкцию. Бюджетный, но
эффективный вариант реконструкции - перепланировка квартир,
отвечающие современным требованиям без переноса коммуникаций (рис.
19, 20).
Рисунок 19 - Планировка рядовой секции кирпичного дома серии 1447 с
продольными несущими стенами: а - до перепланировки, б- после
перепланировки
Рисунок 20 - Планировка торцевой секции кирпичного дома серии 1 -447 с
продольными несущими стенами: а - до перепланировки, б- после
перепланировки.
2.3.1 Надстройка зданий
Вид реконструкции надстройки здания, является наиболее эффективным
и целесообразным в связи с плотной застройкой центра города, высокая
цена на земельный участок, с возможностью получения дополнительной

282.

жилой площади на подготовленных в инженерном отношении земельных
участках со значительной экономией энергии и ресурсов.
Решение об увеличении высоты зданий принимают, как правило, по
градостроительным соображениям. Они сводятся к определению высоты
надстройки по заданной этажности застройки, по обеспечению
нормативных разрывов между смежными зданиями, плотности жилого
фонда и населения, проживающего на территории [25].
Выделяют несколько типов конструктивных решений надстройки зданий.
Первый - с восприятием, старого здания, нагрузки от надстройки. Тот
вариант без усиления конструктивных частей здания, Так как дома
индустриального фонда имеют запас прочности, допускающий надстройку
до двух этажей без специального усиления [30].
Второй - передача нагрузки на самостоятельные фундаменты.
Надстройка большого количества этажей ведет к усилению оснований
фундаментов старого здания, или устройства новой системы фундаментов, в
наибольшей степени таким условиям отвечают буронабивные сваи,
обладающие беспосадочными свойствами [30].
При надстройке большого количества этажей оценивают состояние
конструкций, если стены находятся в удовлетворительном состоянии устраивают нежесткие пояса (железобетонные или армокирпичные). Если
стены и фундаментов в неудовлетворительном состоянии, то сечение пояса
по высоте увеличивают, такие пояса называются жесткими [13, 25].

283.

1. Основное здпние
2. Надстройка
3. Монолитный пояс-обвязка
4. Колонны
5. Плиты лоджий - горизонтальные связи колонн
6. Несущий ростверк
7. Пилон
8. Новые фундаменты
Рисунок 21 - Конструктивные решения надстроек здания: а) с сохранением
конструктивной схемы; б) с изменением конструктивной схемы; в) на
самостоятельных опорах системы «фламинго», не нагружающих
существующее здание
Надстройка мансардного этажа распространѐнный вид надстройки. В
наше время этот вид реконструкции стал очень актуальный, он не требует
дополнительных средств на усиление существующих конструкций.
Планировочные решения очень разнообразны, как от одноуровневых
квартир, так и возможность надстройки двух уровневых квартир.
На рис. 22. показано устройство мансард из объемных блок-комнат,
которые можно унифицировать [15, 25].

284.

На рисунке 24 приведен пример проекта реконструкции четырехэтажного
жилого дома серии 1 -447С с устройством двухуровневого мансардного
этажа.
Рисунок 22 - Создание мансардного этажа выделением формой и
материалом ограждающих конструкций
Рисунок 23 - Создание мансардного этажа развитием летних помещений в
структуре мансардного этажа, ориентированных на одну сторону
Рисунок 24 - Типы мансардных этажей по видам покрытий и уровням,
включению в компоновку нижележащего этажа
Рисунок 25 - Проект реконструкции жилого дома серии 1 -447. Надстройка
2-уровневого мансардного этажа с опорой на пилоны
Рисунок 26 - Надстройка здания до 12 этажей с опиранием на
самостоятельные опоры. Метод «Фламинго»

285.

2.4 Использование новых отделочных и изоляционных материалов для
повышения надежности и долговечности объекта
Для улучшения внешнего вида и большего разнообразия жилых домов
массовых серий разработаны системы навесных фасадов. Ведутся работы по
рельефной отделке фасадов, в качестве формообразующего материала
которой применяются изделия из пенополистирола, композиционных
материалы на основе полимерных матриц (конструкционных
стеклопластиков) [26].
Во второй половине XX века мировой энергетический кризис подтолкнул
проектировщиков и строителей большинства зарубежный стран к широкому
применению навесных фасадных систем в целях достижения минимальных
теплопотерь. На начальном этапе разработок вопросы долговечности не
ставились. Были разработаны сравнительно недорогие эффективные
фасадные системы, предназначенные для эксплуатации в условиях
сравнительно мягкого европейского климата и предусматривающие
использование местных строительных материалов. Наиболее приемлемыми
для данных условий стали фасады с применением штукатурных составов,
поэтому возросла популярность сухих смесей, занимающих сегодня
самостоятельный сегмент строительного рынка.
В связи с удорожанием энергоносителей в России были введены новые
нормы на теплофизические характеристики ограждающих конструкций, что
привело к значительному повышению требований к теплоизоляционным

286.

материалам и к тщательности их монтажа. Существует несколько видов
утепления фасадов, каждый из которых имеет свои достоинства и
недостатки. Один из них — кирпичные фасады, возводимые методом
колодцевой кладки. Другой способ защиты зданий — навесные или
вентилируемые фасады. Еще один способ — контактная фасадная
штукатурка, при которой для утепления используется тяжелая или легкая
штукатурка. К сожалению, в климатических условиях центральной России,
«мокрые» фасады нуждаются в ремонте уже через 5—10 лет,
обесцвечивание красок происходит еще быстрее.
Современный фасад — это неотъемлемый элемент многослойной
ограждающей конструкции и при его проектировании необходимо
руководствоваться не только законами архитектуры, но и законами физики,
химии, экономики и экологии жилища. Главный закон стены — это ее
потребность «дышать». Только при соблюдении нормальных температурновлажностных условий работы стеновой конструкции можно добиться
максимальной долговечности применяемых в ней материалов. При этом
долговечность фасада должна быть сравнима со сроком службы здания в
целом и обеспечивать нормальную эксплуатацию на протяжении хотя бы 50
лет. Через 5 десятилетий наружная часть фасада может морально устареть,
поэтому желательно предусмотреть возможность ее демонтажа.
В Европе была разработана идея навесных фасадных систем,
конструкция которых не требует использования мокрых процессов. С

287.

середины 1990-х гг в России начали активно применять отработанные на
Западе итальянские и немецкие системы, которые значительно подняли
планку долговечности и мало зависели от природно-климатических
факторов. К настоящему времени произошло четкое деление фасадных
систем на мокрые, навесные невентилируемые и навесные вентилируемые
конструкции.
Вентилируемым фасадом является такая конструкция, при которой
предусмотрена активная вентиляция. Только направленное перемещение
воздушных масс позволяет оставаться утеплителю и всей подоблицовочной
конструкции в сухом виде, что обеспечивает неизменность
теплоизолирующей системы на протяжении всего срока эксплуатации.
При использовании вентилируемых фасадов решаются проблемы защиты
стен здания от атмосферных осадков, энергосбережения, звукоизоляции,
выравнивания поверхности несущей стены, ремонта при повреждении
отдельных частей облицовки, долговечности фасадов. Безремонтный срок
службы составляет 25—50 лет.
В качестве утеплителя могут быть использованы самые различные
теплоизоляционные материалы (стекловата, минеральная вата, полистерен,
экструзионный пенополистирол и др.). Наружная облицовка
вентилируемого фасада выполняет две функции: защитную и декоративную.
Облицовочные плиты или панели формируют внешний облик зданий, т.е.
являются его видимым фасадом. Виды облицовочных материалов могут

288.

применяться любые: керамический гранит, цементно- волокнистые плиты,
профилированные металлические листы, кассеты, кирпич, стекло со
специальным покрытием и пр. На сегодняшний день насчитывается более 20
вариантов защиты и декоративной отделки фасадов при помощи облицовки,
закрепленной на каркасе таким образом, что между ней и утепленной стеной
образуется воздушная прослойка. Подобные технологии утеплителя
позволяют сэкономить до 40% тепловой энергии.
В числе первых начали покорять российский рынок вентилируемые
фасады с навесными керамогранитными плитами. Существует два способа
облицовки фасадов при помощи керамогранитной плитки: традиционный
«мокрый», когда плитка приклеивается к специально подготовленному
основанию, либо система вентилируемого фасада, когда керамогранит
крепится к каркасному основанию механическим способом. У фасадов,
облицованных керамогранитом, много преимуществ: хорошие тепло- и
звукоизоляционные свойства, морозоустойчивость, нечувствительность к
отрицательным воздействиям атмосферы. Плитка не коррозирует, не
выгорает, не поглощает пыль и грязь, легко моется. При проведении
реконструкции зданий эта фасадная система представляет широкие
возможности, т.к. новый фасад может крепиться прямо на старый без какойлибо подготовки основания, в т.ч. снятия старого штукатурного слоя.
Позже появились вентсистемы, в которых в качестве элементов
декоративного экрана использовались пластиковые панели, облицованные с

289.

обеих сторон алюминиевой фольгой. В настоящее время используются
облицовочные панели, изготовленные из алюминиевого листа, прошедшего
предварительную окраску. До недавнего времени подобный вариант
оформления применялся в основном при проектировании офисных зданий,
торговых комплексов, сервис центров, автозаправочных станций — т.е.
сооружений общественного и производственного назначения. В последние
годы навесные алюминиевые панели внедряются в практику многоэтажного
жилого строительства и реконструкции.
Исследования показали, что композиционные материалы на основе
полимерных матриц (конструкционные стеклопластики) имеют
повышенную трещиностойкость, износостойкость, водонепроницаемость,
морозостойкость. Кроме того, они характеризуются еще одним весьма
важным свойством: в сравнении с железобетоном они обладают высоким
уровнем пластической податливости. Это позволяет создавать из
композиционных материалов прочные облегченные тонкостенные
конструкции (детали) с неограниченным диапазоном формообразования, так
как в теле конструкции отсутствует жесткий арматурный каркас [27].
Композиционные материалы нашли применение не только в новом
строительстве, но и при реконструкции строительных объектов, в первую
очередь зданий массовых серий 60—70-х гг., а также производственных
зданий и даже зданий, представляющих архитектурную ценность.
ндустриальность и технологическая простота изготовления.

290.

2.5 Выводы по ГЛАВЕ 2
В данной главе рассмотрены основные принципы реконструкции зданий.
И сделаны выводы о более подходящем варианте для серии 1- 447С.
Наиболее рациональным способом реконструкции является надстройка
мансардного этажа для четырѐхэтажных зданий и надстройка этажей на
самостоятельных фундаментах на пятиэтажные здания с перепланировкой
квартир существующих этажей,
Основой для реконструкции застройки Центрального района должны
послужить дома наиболее массовой типовой серии 1 -447. Создание
пилотных проектов реконструкции зданий этой серии должно повлечь за
собой минимизацию капитальных вложений.
ГЛАВА 3
РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА РЕКОНСТРУКЦИИ ДЛЯ СЕРИИ
1-447С
3.1 Обследование объекта
Проведено визуальное обследование технического состояния
конструкций стен, перегородок, перекрытия и покрытия зданий четырех- и
пятиэтажных домов, расположенных по адресу бульвар Молодежный. В
целом характер повреждений идентичен для данной серии домов. Ниже
приводятся наиболее характерные повреждения.
3.1.1 Обследование конструкций здания

291.

Стены здания выше отм. 0.000 выполнены из силикатного утолщенного
кирпича на и цементно-известковом растворе М150. Толщина наружных и
стен составляет 610 мм., внутренних - 380 мм.
Несущие стены представляют собой многопролетные рамы, образованные
каменными пилонами (вертикальные конструкции) и балками или
перемычками (горизонтальные конструкции).
По наружным стенам кладки отмечены дефекты кладочных работ,
свидетельствующие о низком качестве:
Различная толщина кладочных швов.
При обследовании стен, выявлены дефекты:
Следы замачивания, свидетельствующие о периодическом увлажнении
конструкций;
• Местами имеется разрушение кладки.
Дефектов и повреждений по перегородкам и заполнению между стен не
выявлено.
Техническое состояние каменных стен характеризуется как
работоспособное.
По теплотехническим показателям наружные стены не отвечают
современным требованиям в области энергосбережения и
энергоэффективности.
Оценка технического состояния перекрытий здания выполнена визуально
по наличию характерных дефектов.

292.

Дефектов и повреждений, снижающих несущую способность и прочность
конструкций перекрытий, не выявлено..
Перекрытия выполнены из сборных железобетонных пустотных плит с
высотой сечения 220 мм пролетами 6,30 и 3,00 м шириной 1200, 1500 мм.
В зонах опирания плит перекрытий отсутствуют вертикальные трещины и
признаки смятия раствора постели и нижележащих несущих конструкций.
Нормальных трещин в середине пролета и наклонных в опорных зонах по
сборным железобетонным прогонам и перемычкам в ходе обследования не
выявлено.
По чердачному перекрытию выполнена отсыпка шлаком толщиной 150200 мм. По слою шлака выполнена цементно-песчаная неармированная
стяжка толщиной 30-50 мм.
Техническое состояние перекрытий здания оценивается как
работоспособное.
3.1.2 Сведения об объекте энергетического обследования
Объект энергетического обследования - многоквартирный жилой дом,
расположенный по адресу: Самарская область, г. Тольятти, б-р.
Молодѐжный д. 38.
Данный объект энергетического обследования расположен в зоне
умеренно-континентального климата, среднемесячная температура
окружающего воздуха в течение отопительного периода 2014 года составила
за октябрь: +4,3 C; за ноябрь: -2,6 C; за декабрь: -6,6 C; за январь: -9,3 C; за

293.

февраль: -12,1 C; за март: -0,9 C; за апрель: +5,7°C. Среднемесячная
скорость ветра в обозначенный отопительный период - 2м/с.
В ходе проведения инструментального обследования объекта
использовались прошедшие метрологическую аттестацию приборы,
перечень которых приведен в Приложении А, копии свидетельств об их
метрологической поверке представлены в Приложении Б.
Рисунок 27 - Общий вид многоквартирного жилого дома.
Рассматриваемый многоквартирный пятиэтажный трѐхподъездный жилой
дом (Рис. 27) 1965 года постройки имеет следующие основные
характеристики:
- общая площадь здания: 3850 м ;
- площадь типового этажа: 770 м2.
Обследуемая ограждающая конструкция представляет собой чердачную
четырѐхскатную крышу.
Чердачная скатная крыша состоит из несущих конструкций и кровли
(асбестоцементный лист толщиной 6 мм). Между кровлей и чердачным
перекрытием находится чердак (максимальная высота воздушной прослойки
- 3500мм), который может использоваться для размещения каналов
вентиляции и различных трубопроводов (при больших объемах чердаков,
там могут встраиваться помещения и иного назначения). Несущая

294.

конструкция скатной крыши выполнена из железобетонных плит (толщина
перекрытия -220мм), теплоизоляция выполнена посредством засыпки слоя
шлака (высота слоя - 80мм), гидроизоляция выполнена посредством
применения листов рубероида кровельного с пылевидной посыпкой марки
РКП-350б (толщина -3мм).
На асбестоцементных листах видны участки с множеством трещин и
сколов. На слуховых окнах отсутствуют створки. Чердачное помещение
захламлено. Отсутствует вальмовый конек.
3.1.3 Оценка сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
здания
Результаты замеров температур ограждающих крышных конструкций
многоквартирного дома при проведении инструментального обследования и
расчета плотности тепловых потоков в реперных зонах были использованы
для определения их сопротивления теплопередаче.
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется с
учетом термического сопротивления рассматриваемой ограждающей
конструкции:
R = ^ (1)
CtB ссн ьт
где ССВ- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающих конструкций Вт/м2оС, принимаемый равным 8,7 Вт/м2оС по
СНиП 23-02-2003;

295.

м2оС
кк - термическое сопротивление ограждающей конструкции, ——;
ан- коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной
поверхности ограждающей конструкции, Вт/м2оС, принимаемый равным 12
Вт/М2°С по СНиП 23-02-2003.
п
Термическое сопротивление RK, м С/Вт, ограждающей конструкции с
последовательно расположенными однородными слоями следует определять
как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:
RK = R1 + R2 + ... + Rn, (2) где R1, R2, ..., Rn - термические сопротивления
отдельных слоев
о
ограждающей конструкции, м С/Вт.
о
Термическое сопротивление R, м С/Вт, слоя многослойной ограждающей
конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей
конструкции следует определять по формуле
К = {, (3)
где S - толщина слоя, м;
Я - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м
°С.

296.

Приблизительно плотность теплового потока может быть рассчитана по
формуле (без учета излучения):
Вт/м2, (4)
где tH - температура воздуха в чердачном помещении, 0С, tB - температура
воздуха в жилом помещении, 0С.
По полученным значениям плотности теплового потока рассчитываются
потери тепловой энергии через ограждающие конструкции приведенные к
среднесезонным условиям:
Гкал, (5)
Где S - площадь поверхности ограждающей конструкции; Dd - градусосутки отопительного периода (СниП 23-01-99); к - коэффициент перевода из
Вт-ч в Гкал, 8,598 ? 10"7.
Результаты измерений и расчетов сведены в таблицу 5.
Д= — + — = — + — + ^^ + — + — = 0,745
ав К а„ 8,7 1,7 0,17 0,2 12 ' Вт '
tB -tH 25 - (-3),
= S-SW* . k = 37,567-770-5100-24 . . 7 = Гкал
41 (tB -СН) 2S" "3
Таблица 5 - Результаты тепловых измерений и расчетов
Rнорм,
tB,

297.

tin,
tH,
R, (м2-0С)/Вт
th, 0С
q, Вт/м2
Q, Гкал
(м2^0С)/Вт
108,722
R - расчетное сопротивление теплопередаче крыши; Кнорм нормативное значение сопротивления теплопередаче крыши жилых
помещений (СП 50.13330.2012),
tin - средняя температура поверхности конструкции в жилом помещении,
0С,
th - средняя температура поверхности конструкции в чердачном
помещении, 0С.
3.1.4 Рекомендации по обеспечению соответствия теплозащитных
характеристик ограждающих конструкций многоквартирного дома
действующим нормативным требованиям.
Как видно из результатов расчета, представленных в разделе 3.1.3
(Таблица 5), тепловое сопротивление ограждающих конструкций (крыши)
обследованного многоквартирного жилого дома существенно ниже

298.

нормативных значений установленных СП 50.13330.2012, что требует
принятия мер по улучшению их теплозащитных свойств, для снижения
величины потерь тепла через крышу здания в окружающую среду.
С учетом значительной величины выявленных тепловых потерь через
ограждающие конструкции здания, в качестве приоритетного
энергосберегающего мероприятия, выполнение которого целесообразно в
процессе капитального ремонта многоквартирного дома, следует
рассматривать утепление наружной поверхности чердачного перекрытия
посредством, например, засыпки слоя керамзита (гравий керамзитовый,
фракция 10-20 мм, марка 400, коэффициент теплопроводности 0,09).
Согласно СП 50.13330.2012 величина сопротивления теплопередаче
ограждающей конструкции R должна быть не менее установленного им
нормативного значения сопротивления теплопередаче крыши жилых
помещений R^p^:
R = — + Rk + — = — + — + ^^ + — + — + — > 4,195, —
ав к а„ 8,7 1,7 0,17 0,2 0,09 12 ' Вт
где 8 - толщина слоя засыпки керамзита.
5> х0,09=0,31 м.
8,7 1,7 0,17 0,2 12 '
Таким образом, для предотвращения сверхнормативных потерь тепла
через чердачное перекрытие должно выполняться условие 5 > 0,31 м.
Принимаем 5 = 0,32 м.

299.

В результате сопротивление теплопередаче рассматриваемой
ограждающей конструкции (чердачное перекрытие) после еѐ утепления
составит:
ав к а„ 8,7 1,7 0,17 0,2 0,09 12 ' Вт '
Выполнение вышеуказанных работ одновременно с ремонтом кровли
позволит получить максимально облегченные ограждающие крышные
конструкции многоквартирного дома с требуемым значением
сопротивления теплопередаче, а также исключить негативное влияние
окружающей среды на конструктивные элементы и жилые помещения
здания.
3.1.5 Результаты тепловизионного обследования
По результатам тепловизионного обследования ограждающих
конструкций были определены места утечек тепла и неравномерного
распределения температуры по чердачному перекрытию здания.
Термограммы выбранных для инструментального обследования зон
приведены в Приложении 1 к настоящему отчету. Для определения и
привязки мест тепловых аномалий (дефектов) при выполнении
качественного анализа объекта инфракрасная съѐмка дополнена
фотографиями его обследованных фрагментов.
3.2 Реконструкция зданий серии 1-447

300.

2 2 процесса, ее площадь составляет 5-5,6
м в 1-комнатных квартирах, 6 м в
Квартиры серии 1-447 лишь частично отвечают современным
требованиям, а именно площади спален 10-12 м2. Комнаты общего
пользования в многокомнатных квартирах проходные, что недопустимо,
имеют площадь 15 - 17 м2. Кухня имеет пропорции помещения не
пригодные для организации соответствующего функционального процесса,
ее площадь составляе 2- и 3-комнатных. (Рис. 28, 29).
Рисунок 28 - Планировка 1 -го этажа серия 1 -447С-8.
Рисунок 29 - Планировка типового этажа серия 1 -447С-8
В квартирах реконструируемых и модернизируемых жилых домов
ширина жилых комнат допускается, общей комнаты (гостиной) - 2,8; одной
из спален - 2,25.
3.2.1 Реконструкция пятиэтажного дома
Рассмотрен трех-секционный пятиэтажный кирпичный жилой дом по
типовому проекту серии 1-447С, расположенный по адресу бульвар
Молодежный, д. 38, построенный в 1965 г.

301.

Для указанного дома характерно наличие общих проходных комнат в
двух- и трехкомнатных квартирах; занижена площадь кухонь (5,4 и 6,0
Л
м ). Дом имеет набор квартир: в торцевых секциях -2-1-3-1, в рядовых -13-31.
Реконструкция данного объекта включает надстройку четырех этажей на
пятиэтажное 3-секционное здание. Где в результате этажность увеличилась
до 9 этажей, а общая площадь объекта выросла в 2,2 раза. После
перепланировки старые, морально устаревшие квартиры стали
удовлетворять современным потребностям. Были заменены инженерные
разводки с учетом современных требований энергосбережения и
энергоучета, утеплены наружные стены, заменены окна на пластиковые с
двухкамерными стеклопакетами. В каждой секции появился пассажирский
лифт, мусоропровод. При входах в дом, предусмотрены помещения охраны,
которые организованны за счет перепланировки квартир на первом этаже.
Спроектирован вентилируемый фасад. Внешне дом стал более
привлекательным. Он выгодно выделяется из типовой окружающей
застройки, унылой и однообразной. Нагрузку от вновь возводимой части
здания воспринимает рамный железобетонный монолитный каркас,
сооружаемый по контуру существующего здания с опиранием на
монолитный ростверк по буронабивным сваям.

302.

Перепланировка квартир в существующем доме, позволит добиться более
высокого уровня комфортности, запроектированы квартиры студии общей
площадью 27,8 м2 - 31,9 м2, в количестве 7 квартир, однокомнатные
Л
квартиры общей площадью 43,95 м , в количестве 5 квартир расположенные на первом этаже (рис. 30).
65
Планировочное решение второго - пятого этажей - квартиры студии в
количестве 4 шт., однокомнатные квартиры - 8 шт., с аналогичными
площадями (рис. 31).
Рисунок 31 - Проект реконструкции серии 1-447. 2-5 й этажи
В надстройке 6 - 9 этажей планировочные решения квартир, меняются
кардинально, здесь предусмотрены двенадцать 2-комнатных
9 9
в
Рисунок 30 - Проект реконструкции серии 1-447. 1-й этаж
квартиры, с общей площадью 49,35 м - 58,2 м (рис. 32).

303.

Рисунок 32 - Проект реконструкции серии 1-447. 6-9-й этажи
Цель реконструкции жилья заключается в том, чтобы облегчить
проживание населения в своих квартирах, предоставить комфортное и
безопасное жилье.
Санитарно-техническое оборудование подлежит замене, так как
подверглось физическому моральному износу, внутренняя отделка
помещений в большинстве случаев пришла в негодность и нуждается в
полной переделке. При предложенном варианте перепланировки
увеличивается площадь кухонь и санузлов с возможностью размещения в
ванных комнатах стиральной машины, а на кухнях - обеденного места.
Кроме того, улучшаются пропорции некоторых комнат, организуются
кладовки и изменяется входной узел.
В конечном итоге, мероприятия по реконструкции зданий направлены на
преобразование архитектуры зданий и рассчитаны на более выразительные
архитектурные композиции с применением модернизированных и вновь
введенных архитектурных элементов, среди них - эркеры, лоджии,
изменѐнные крыши, фронтоны, входные группы, улучшенные цветовые
композиции.
Рисунок 33- Фасады здания после реконструкции

304.

Рисунок 34- Фасад здания до реконструкции
Рисунок 35- Визуализация фасада после реконструкции
3.2.2 Реконструкция четырѐхэтажного дома
Надстройка мансардных этажей сопровождается улучшением
теплотехнических свойств ограждающих конструкций существующего
здания, так как они уже не отвечают требованиям, что свидетельствует в из
энергетического обследования зданий в Центральном районе
(Энергетическое обследование здания рассмотрено в разделе 3.1,
Приложение 1).
Все это приводит к снижению расхода тепла и экономии ресурсов.
Конструкции для возведения мансардных этажей должны обладать
высоким уровнем заводской готовности, транспортной и монтажной
технологичностью.
Планировка мансардного этажа может быть осуществлена двумя
способами: - первый способ - принцип свободной планировки;- второй покомнатная планировка.
Архитектурно-планировочные решения квартир должны белее
оптимальны. В предложенном варианте планировка квартир разработана с
учетом зонирования, первая зона - шумная, в ней расположена общая
комната и кухня, вторая - тихая - ночная, спальня и ванная. (Рис. 36)
Использование блоков позволит получить свободное, хорошо

305.

трансформируемое пространство квартиры, а связи с потребностями
проживающих планировка может быть различной. [20]
Рисунок 36 - План мансардного этажа из объемных блоков.
Рисунок 37 - Проект реконструкции серии 1-447. Мансардный этаж
Проектов реконструкции жилого здания в г. Тольятти в виде надстройки
мансардного жилого этажа с облицовкой существующих наружных
кирпичных стен по технологии «мокрая штукатурка».
Реконструируемое здание относится к серии 1-447С. Здание с
конструктивной схемой из трех продольных несущих стен, связанными
поэтажно длинномерными настилами перекрытий.
В ходе проведения обследования существующих несущих элементов
было выявлено, что увеличение нагрузки в связи с надстройкой мансардного
этажа допустимо и не приведет к нарушению их работоспособности.
Проектом реконструкции был предусмотрен ряд технических решений,
отвечающих современным требованиям - надежности, долговечности,
теплотехническим качествам. Конструкция надстройки мансардного этажа
выполнена из металлического каркаса с опорой на железобетонный пояс,
устроенный по наружным стенам здания. Ограждающие конструкции совмещенные из сэндвич панелей. Покрытие кровли - металлочерепица по
шляпному профилю. Внутренняя облицовка и перегородки выполнены из

306.

ГКЛВ по металлическим направляющим. В качестве теплоизоляции
наружных стен используется не горючие минераловатные плиты Rockwool.
[19]
На рисунке 38 представлена схема утепления существующих наружных
стен здания.
Армирующая сетка
Теплоизоляционная плита
Рисунок 38- Поэлементная схема утепления по типу «мокрый» фасад
Достоинством «мокрого» фасада является возможность индивидуального
цветового и фактурного решения, утепления откосов, меньшей
трудоемкости выполнения работ, а так же возможности дальнейшего
обновления фасада. Существенным преимуществом «мокрого» фасада
являются неограниченные варианты архитектурных решений и низкая
стоимость перед остальными системами наружной облицовки. [19]
Рисунок 39 - Фасад реконструируемого четырехэтажного здания
Рисунок 40 - Визуализация надстройки мансардного этажа

307.

Рисунок 41 - Визуализация надстройки мансардного этажа
Согласно сводному сметному расчету общая стоимость реконструкции с
учетом накладных расходов и сметной прибыли составила 16 000 958,93
руб. Стоимость 1м надстроенной части здания составит 24,64 тыс. руб./м2,
так же в данной ситуации стоимость земельного участка не учитывается.
Стоимость нового жилья составляет порядка 60 тыс. руб./м2. Стоимость
земельного участка составляет примерно 15-20% от общей стоимости
строительства, в противном случае проект для застройщика считается не
привлекательным. Если при новом строительстве не часть, которая
приходится на покупку земельного участка, то можно сказать, что
стоимость 1 м2 такого жилья составит 48 тыс. руб. При сравнении получаем
результат показывающий, сто реконструкция жилого дома на данном
примере выгоднее нового строительства почти в 2 раза.
Однако такой расчет может быть принят во внимание только для
приблизительной оценки целесообразности реконструкции здания.
Выполнение полного экономического сравнения затрудняется несколькими
факторами: высокие временные колебания стоимости земельных участков.
Тем не менее, подобный экономический «микроаанлиз» показывает, что
реконструкция и модернизация пятиэтажного жилого позволит расширить
проблему не соответствия качества жилья современному потребительскому

308.

спросу, а так же заставляет задуматься о том, что на первый взгляд
привлекательные и менее затратные методы обновления жилой застройки.
Широкий спектр типов реконструкции дает возможность создания новых
более выразительных фасадов, не отстающих от современных
архитектурных веяний в строительстве. [1 9]
3.3 Поверочный расчет простенка первого этажа от фактически
действующих нагрузок из расчѐта надстройки мансардного этажа
Сбор нагрузок.
Т аблица 6 - Сбор действующих нагрузок на п
эостенок
п/п
Наименование нагрузки
д.
изм.
Нормативное значение
Коэф. надежности
Расчетное значение
1
2
3
4
5

309.

6
Постоянные нагрузки
1
Вес конструкций покрытия
• плоские железобетонные
0,250
1,10
0,275
плиты покрытия толщиной
100 мм;
т/м2
0,10 м х 2,50 т/м3
• гидроизоляционный ковер 3,50 кг/м2 х 4 сл.
0,014 0,264
1,30

310.

0,018 0,293
2
Вес чердачного перекрытия:
• отсыпка шлаком
0,100
1,30
0,130
5=0,20 м, р=0,50 т/м3
т/м2
многопустотные плиты перекрытия
0,300 0,400
1,10
0,330 0,460
3
Вес междуэтажного перекрытия
• вес конструкции пола
• многопустотные плиты

311.

т/м2
0,100 0,300
1,30 1,10
0,130 0,330
перекрытия • вес перегородок
0,050 0,450
1,30
0,065 0,525
4
Вес каменной кладки до уровня простенка первого этажа (2,80 м х4 эт. +
0,90 м + 0,60 м) х 1,80 т/мз х0,64 м
14,630
1,10
16,093
Временные нагрузки
5
Технологическая нагрузка на
т/м2

312.

0,070
1,30
0,091
чердачное перекрытие
6
Эксплуатационная нагрузка от
т/м2
0,150
1,30
0,195
помещении
7
Снеговая нагрузка
т/м2
0,143
1,40

313.

0,200 Снеговая нагрузка
Расчет нормативного значения снеговой нагрузки
S0 = Q.7cectfj.Sg, (6)
где се - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под
действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.6 (ct
= 0,85); ct - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с 10.10
(ct = 1); fi - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к
снеговой нагрузке на
покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4; Sg - вес снегового покрова
на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с
10.2.
S0 = 0.7 ? 0.85 ? 1.0 ? 1.0 ? 2.4 = 1.428, кПа
Определение нагрузок на простенок
На простенок действуют центренно приложенные нагрузки (Л^): вес
каменной кладки, вес покрытия, вес чердачного перекрытия, вес
междуэтажных перекрытий 4-го, 3-го и 2-го этажей, снеговая нагрузка и
эксплуатационная от 4-го, 3-го и 2-го этажей.
Нагрузка от перекрытия 1 -го этажа и эксплуатационная нагрузка от 1 - го
этажа (N2) приложены с эксцентриситетом (е) равным 640 мм/2 - 190 мм/ 32 = 193 мм = 0,19 м.
Грузовая площадь простенка равна 2,50 м х 1/2 = 2,50x3,00 = 7,50 м2. =
0,293 + 0,460 + 0,525 х 3 эт. +0,091 + 0,195 х 3 эт. +0,200 х 7,50 + 16,093 =

314.

24,030 + 16,093 = 40,123, т N2 = (0,525 + 0,195) X 7,50 = 5,400, т M2=N2xe =
5,400 х 0,19 = 1,029, тм
Суммарное воздействие на кирпичный простенок: N = ^ + N2 = 40,123 +
5,400 = 45,523, т; М = М2 = 1,029, тм.
Эксцентриситет приложения нагрузки:
77
М 1,029
eQ = — = = 0,023, м.
0 N 45,523 ' '
Оценка несущей способности простенка
Выполним расчет простенка по формуле:
N < mgcpxRAcco, (7)
где Ac- площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре
напряжений, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с
точкой приложения продольной силы N. Положение границы площади Ac
определяется из условия равенства нулю статического момента этой
площади относительно ее центра тяжести для прямоугольного сечения
И =^,(9)
R- расчетное сопротивление кладки сжатию;
A- площадь сечения элемента;
h- высота сечения в плоскости действия изгибающего момента;

315.

е0 - эксцентриситет расчетной силы N относительно центра тяжести
сечения;
m - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки, при h >30
см, mg =1;
со - коэффициент, определяемый по табл. 19*. со = 1; - коэффициент
продольного изгиба для всего сечения в плоскости действия момента,
определяемый по расчетной высоте элемента l0 по табл. 18;
<рс- коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения,
определяемый по фактической высоте элемента H по табл. 18 в плоскости
действия изгибающего момента при отношении
(11)
2Н
—
К
для прямоугольного сечения hc=h-2е0
Расчетное сопротивление сжатию кладки для кирпича марки М150 на
растворе М50 принимаем равным R=l,8 МПа=18,0 кг/см2. Упругая
характеристика кладки равна: а = 750.
A = b-h = 1,16-(0,12-2)-0,64 = 0,59, м
/

316.

л=л
= 0,59
h
0,64
V
V
= 0,55, м2:
h=h- 2ег = 0,64 - 2 • 0,023 = 0,594, м:
Я = 2Д00 hc hc 0,594 '
<P1 =
2
xh = — = ^^ = 3,28 => (p = 1,00;
h 0,640 (p + (pc 1,00 + 1,00
= i,oo:
2
Выполним расчет простенка:

317.

N < mg(p1RAcco = 1 • 1,00 • 1,8 • 0,55 • 1 = 0,99, MH N=45,523 т < 99,0 т
Условие прочности выполняется, соответственно, простенок отвечает
требованиям прочности и надежности от фактически действующих
нагрузок.
Поверочный расчет простенка первого этажа от проектных
нагрузок
ростенок
Сбор нагрузок
Таблица 7 - Сбор проектных нагрузок на п
п/п
Наименование нагрузки
д.
изм.
Нормативное значение
Коэф.
надежности
Расчетное значение
1

318.

2
3
4
5
6
Постоянные нагрузки
1
Вес конструкций покрытия
• многопустотные плиты
0,300
1,10
0,330
перекрытия

319.

• каркас покрытия
• гидроизоляция
• теплоизоляция Техноруф
0,20 м х 0,130 т/м3
т/м2
0,300 0,010 0,026 0,627
1,20 1,30 1,30
0,360 0,013 0,034 0,737
2
Вес конструкции стены мансарды
• каменная кладка из блоков
1,680
1,10
1,848
3,00 м х 1,40 т/мз х 0,40 м
т
0,045
1,30
0,590

320.

• теплоизоляция Технофас 3,00 м х 0,10 м х 0,150 т/м3
1,500
1,20
1,800
• каркас стены
3,225
4,238
3
Вес междуэтажного перекрытия
• вес конструкции пола
• многопустотные плиты
т/м2
0,100 0,300
1,30 1,10
0,130 0,330
перекрытия • вес перегородок

321.

0,050 0,450
1,30
0,065 0,525
4
Вес каменной кладки до уровня простенка первого этажа (2,80 м х4 эт. +
0,60 м) х 1,80 т/мз х0,64 м
13,594
1,10
14,953
Временные нагрузки
5
Технологическая нагрузка на
т/м2
0,070
1,30
0,091
чердачное перекрытие

322.

6
Эксплуатационная нагрузка от
т/м2
0,150
1,30
0,195
помещений
7
Снеговая нагрузка
т/м2
0,143
1,40
0,200 Определение нагрузок на простенок
На простенок действуют центренно приложенные нагрузки (Л^): вес
каменной кладки, вес покрытия, вес ограждения мансарды, вес

323.

междуэтажных перекрытий 5-го, 4-го, 3-го и 2-го этажей, снеговая нагрузка
и эксплуатационная от 5-го, 4-го, 3-го и 2-го этажей.
Нагрузка от перекрытия 1 -го этажа и эксплуатационная нагрузка от 1 - го
этажа (N2) приложены с эксцентриситетом (е) равным 640 мм/2 - 190 мм/ 32 = 193 мм = 0,19 м.
Грузовая площадь простенка равна 2,50 м х 1/2 = 2,50x3,00 = 7,50 м2.
Nt= 0,737 + 0,525x4 эт. +0,091 + 0,195x4 эт. +0,200 х 7,50 + 4,238 + 14,953
= 29,310 + 19,191 = 48,501, т
N2 = (0,525 + 0,195) х 7,50 = 5,400, т M2=N2Xe = 5,400 X 0,19 = 1,029, тм
Суммарное воздействие на кирпичный простенок: N = N± + N2 = 48,501 +
5,400 = 53,901, т; М = М2 = 1,029, тм.
Эксцентриситет приложения нагрузки:
М 1,029 „ „„ „
е0 = - = —— = 0,019, м.
и N 53,901 '
Оценка несущей способности простенка Выполним расчет простенка по
формуле:
N < mg(pxRAcco,
Расчетное сопротивление сжатию кладки для кирпича марки М150 на
растворе М50 принимаем равным R=l,8 МПа=18,0 кг/см2. Упругая
характеристика кладки равна: а = 750.

324.

A = b-h = \\6- (0,12 • 2) • 0,64 - 0,59, м2;
A=A
= 0,59
h
v
' 2-0,019Л
= 0,55, м2:
0,64
hc =h- 2е0 =0,64-2-0,019 = 0,602, м;
Я = 2Д00 = hc hc 0,602
= Н_ = 2Д00 = 3 28=>© = 1j00; h h 0,640
<Р1 =
2
<р + (рс 1,00 + 1,00
= 1,00;
2
v''

325.

Выполним расчет простенка:
N < mg<p1RAca> = 1 • 1,00 • 1,8 • 0,55 • 1 = 0,99, МН N=53,901 т < 99,0 т
Условие прочности выполняется, соответственно, простенок отвечает
требованиям прочности и надежности от фактически действующих
нагрузок.
Поверочный расчет внутренней стены 1-го этажа
Сбор нагрузок
Таблица 8 - Сбор действующих нагрузок на стену
п/п
Наименование нагрузки
д.
изм.
Нормативное значение
Коэф.
надежности
Расчетное значение
2
е
5
К

326.

Постоянные нагрузки
Вес конструкций покрытия • плоские железобетонные
0,250
1,10
0,275
плиты покрытия толщиной 100 мм;
т/м2
0,10 м х 2,50 т/м3
• гидроизоляционный ковер 3,50 кг/м2 х 4 сл.
0,014
0,2ке
1,30

327.

0,018 0,293
Вес чердачного перекрытия: • отсыпка шлаком
0,100
1,30
0,130
5=0,20 м, р=0,50 т/м3
т/м2
• многопустотные плиты перекрытия
0,300 0,400
1,10
0,330 0,4К0
Вес междуэтажного перекрытия

328.

• вес конструкции пола
• многопустотные плиты
т/м2
0,100 0,300
1,30 1,10
0,130 0,330
перекрытия • вес перегородок
0,050 0,450
1,30
0,0К5 0,525
Вес каменной кладки до уровня
8,К8Н
1,10
9,55К
первого этажа
(2,80 м х4 эт. + 0,90 м + 0,60 м) х
т

329.

1,80 т/мз х0,38 м
Временные нагрузки
Технологическая нагрузка на
т/м2
0,070
1,30
0,091
чердачное перекрытие
Эксплуатационная нагрузка от
т/м2
0,150
1,30
0,195
помещений

330.

Снеговая нагрузка
т/м2
0,143
1,40
0,200 Определение нагрузок на стену
Внутренняя стена является центренно сжатой конструкцией. Грузовая
площадь на 1 м.п. равна 6,00 м /2 х2,00 = 6,00 м2.
N=
0,293 + 0,460 + 0,525 х 3 эт. +0,091 + 0,195 х 3 эт. +0,200 х 6,00 + 9,556 =
19,224 + 9,556 = 28,780, т
Оценка несущей способности стены Выполним расчет простенка по
формуле:
N < mgq)RA, (12)
где R- расчетное сопротивление кладки сжатию; A- площадь сечения
элемента;
m - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки, при h >30
см, mg = 1;
(р - коэффициент продольного изгиба для всего сечения в плоскости
действия момента, определяемый по расчетной высоте элемента l0

331.

Расчетное сопротивление сжатию кладки для кирпича марки М150 на
растворе М50 принимаем равным R=l,8 МПа=18,0 кг/см2. Упругая
характеристика кладки равна: а = 750.
A = b-h = 1,00-0,38- 0,38, м2;
Н 3,000 _ _
К = — = — = 7,89 => ер = 0,90;
h 0,380
Выполним расчет участка внутренней стены:
N <mg cpRA = 1 • 0,90 • 1,8 • 0,3 8 = 0,62, МН
N=28,780 т < 62,0 т Условие прочности выполняется,
соответственно, простенок отвечает требованиям прочности и надежности
от фактически действующих нагрузок.
Поверочный расчет стены первого этажа от проектных нагрузок
Сбор проектных нагрузок
Таблица 9 - Сбор проектных нагрузок на стену
п/п
Наименование нагрузки
д.
изм.
Нормативное значение
Коэф.
надежности

332.

Расчетное значение
Постоянные нагрузки
1
Вес конструкций покрытия
• многопустотные плиты
0,300
1,10
0,330
перекрытия
• каркас покрытия
• гидроизоляция
• теплоизоляция Техноруф
0,20 м х 0,130 т/м3
т/м2

333.

0,300 0,010 0,026 0,627
1,20 1,30 1,30
0,360 0,013 0,034 0,737
2
Вес конструкции стены мансарды • каменная кладка из блоков 3,00 м х 1,40
т/мз х 0,40 м
1,680
1,10
1,848
3
Вес междуэтажного перекрытия
• вес конструкции пола
• многопустотные плиты
т/м2
0,100 0,300
1,30 1,10
0,130 0,330
перекрытия • вес перегородок
0,050 0,450

334.

1,30
0,065 0,525
4
Вес каменной кладки до уровня простенка первого этажа (2,80 м х4 эт. +
0,60 м) х 1,80 т/мз х0,38 м
т
8,071
1,10
8,878
Временные нагрузки
5
Технологическая нагрузка на
т/м2
0,070
1,30
0,091
чердачное перекрытие
6
Эксплуатационная нагрузка от

335.

т/м2
0,150
1,30
0,195
помещений
7
Снеговая нагрузка
т/м2
0,143
1,40
0,200
Определение нагрузок на стену
Внутренняя стена является центренно сжатой конструкцией.
Грузовая площадь на 1 м.п. равна 6,00 м /2 х2,00 = 6,00 м2.
N = 0,737 + 0,525 x4 эт. +0,091 + 0,195 x4 эт. +0,200 х 6,00 + 1,848 + 8,878
= 23,448 + 10,726 = 34,174, т
Оценка несущей способности стены Выполним расчет простенка по
формуле:

336.

N <mg(pRA, (13)
где R- расчетное сопротивление кладки сжатию; A- площадь сечения
элемента;
m - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки, при h >30
см, mg= 1;
- коэффициент продольного изгиба для всего сечения в плоскости действия
момента, определяемый по расчетной высоте элемента 10
Расчетное сопротивление сжатию кладки для кирпича марки М150 на
растворе М50 принимаем равным R=1,8 МПа=18,0 кг/см2. Упругая
характеристика кладки равна: а = 750.
A — b-h-1,00-0,38 = 0,38, м2;
Н 3,000 _ _
К = - = - = 7,89 = 0,90;
h h 0,380 v > >
Выполним расчет участка внутренней стены:
N < mgcpRA = 1 • 0,90-1,8 • 0,38 = 0,62, МН
N=34,174 т < 62,0 т
Условие прочности выполняется, соответственно, простенок отвечает
требованиям прочности и надежности от фактически действующих
нагрузок.
3.3.1 Расчет фундамента

337.

Согласно исследованиям и материалам издания «Основания и
фундаменты». Коновалов П.А. изд. 4-е перераб. и доп. - М, ВНИИНТПИ,
2000 г. При увеличении нагрузок на основание, связанное с реконструкцией
здания, допускается повышение расчетного сопротивления грунтов
основания на 20-30% при длительной эксплуатации здания и отсутствии
дефектов и повреждений [28].
Соотношение фактически действующей нагрузки и проектной нагрузки
для наружной стены:
53,901 т / 45,523 т = 1,18, т.е. произошло увеличение нагрузки на стену на
18%.
Соотношение фактически действующей нагрузки и проектной нагрузки
для внутренней стены:
34,174 т / 28,780 т = 1,19, т.е. произошло увеличение нагрузки на стену на
19%.
Увеличение нагрузки на фундаменты здания не превышает 20%, что
обеспечивает выполнение работ по надстройке мансардного этажа без работ
по усилению фундаментов и основания.
3.4 Проблема отселения жильцов.
Важной особенностью таких работ состоит в том, что выполнять
крупный ремонт с реконструкцией предстоит в домах с живущими людьми
или отселять жильцов на время - есть два вида проектных предложений на
этот счет.

338.

Однако сравнительный анализ экспериментальной реконструкции
пятиэтажек показал явное преимущество второго варианта (с отселением)
по срокам и качеству. Так при отселении жильцов комплексный ремонт
дома с наращиванием этажей происходит за девять месяцев. А без отселения
на это уходит три года. Соответственно растет себестоимость работ.
Практика показывает явное преимущество проведения работ с отселением.
Действительно, сложно срубать балконы, строить лоджии, менять
кровлю, трубы, окна, двери, электросети и оборудование в условиях
проживания граждан, которые будут страдать от строительного шума, пыли,
протечек, вибраций, перегороженных дворов со строительной техникой и
прочего дискомфорта, сопровождающие такие работы. Дело не только в
оптимальных сроках, часто такое просто опасно для жизни и здоровья
людей. Для этого необходимо создание маневренного фонда, для
переселения в него людей из реконструируемого дома.
3.5 Выводы по ГЛАВЕ 3
1. Проведены визуальные обследования конструкций здания и здания в
целом, энергетическое обследование кровли.
2. Разработаны варианты перепланировки квартир, отвечающие нормам
СанПиН 2.1.2.2645-10.
3. Разработаны варианты надстройки четырехэтажного здания мансардного этажа без усиления строительных конструкций
существующего здания, с теоретическими расчетами.

339.

4. Разработаны варианты надстройки пятиэтажного - 4-х этажей на пилонах.
5. Улучшение городского облика зданий вторичной застройки.
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе научно-исследовательской работы было поведено обследование
технического состояния конструкций здания, тепловизионное
энергетическое обследование кровли здания. Разработаны варианты
реконструкции здания, с надстройкой этаже, надстройкой мансардного
этажа. Теоретически подтверждено, что надстройка мансардного этажа не
требует усиления строительных конструкций существующего здания
По итогам проделанной работы разработаны конструктивнопланировочные решения при реконструкции кирпичной пятиэтажной
застройки домов серии 1 -447С. Решена проблема, связанная с маленькими
площадями помещений в квартирах, не отвечающих требованиям СанПиН
2.1.2.2645-10, путем перепланировки квартир - увеличение жилой площади,
площади кухонь, прихожих,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Решение Думы городского округа Тольятти Самарской области от
07.07.2010 N 335 "О стратегическом плане развития городского округа
Тольятти до 2020 года"
2. [Электронный ресурс]: www.tgl.ru URL: http: //www. tgl.
ru/structure/department/genpl an

340.

3. Овсянников В. А. Ставрополь — Тольятти. Страницы истории —
Тольятти: Изд-ва Фонда «Развитие через образование», 1997—364
4. П. А. Третьякова, В.И. Клевеко. Современный метод реконструкции
жилых домов на примере пятиэтажного жилого фонда г. Перми // Вестник
ПНИПУ. Урбанистика. - 2013. - №1. - С. 65 - 73.
5. Типовой жилой дом серии 1-439А [Электронный ресурс]: prawdom.ru
URL: http://prawdom.ru/k_seria.php?d=progjekt_docs/s- 439a.php&r=&s=195
6. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П. Реконструкция жилых зданий. Часть I.
Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий М., 2008.
7. Типовой жилой дом серии 1-468А [Электронный ресурс]: prawdom.ru
URL: http://prawdom.ru/k_seria.php?d=progjekt_docs/s1468.php&s=5&r=99004
8. [Электронный ресурс]: ru.wikipedia.org URL: https: //ru. wikipedia.
org/wiki/1 335 (%D 1 %81 %D0%B5%D 1 %80%D0%B8%D 1 %8F %D0%B4%D
0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B2)
9. [Электронный ресурс]: ru.wikipedia.org URL: https: //ru. wikipedia.
org/wiki/1 - 447 (%D 1 %81 %D0%B5%D 1 %80%D0%B8%D 1 %8F
%D0%B4%D 0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B2)

341.

10. Дополнение №1 к МГСН 3.01-01. Реконструкция и модернизация
пятиэтажных жилых домов первого индустриального домостроения. - М.:
Правительство Москвы. 2001.
11. СП 54.13330.2011 «Жилые здания»
12. Реконструкция и обновление сложившейся застройки города. Учебное
пособие для вузов. / Под общей ред. П.Г. Грабового и
B. А. Харитонова. — М.: Изд-ва «АСВ» и «Реалпроект» 2006. —
C. — 624.
13. Рекомендации по модернизации пятиэтажных жилых домов массовых
серий типовых проектов. - М.: ЦНИИЭПжилища.1988.
14. Касьянов В.Ф. Реконструкция жилой застройки города. - М.:
Издательство Ассоциации строительных вузов.2002.
15. Булгаков С.Н. Реконструкция жилых домов первых массовых серий и
малоэтажной жилой застройки. - М.: Российская Академия архитектуры и
строительных наук. 1998.
16. АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ
МНОГОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ- СП 31-107-2004 (утвГосстроем РФ) (ред от 01-12-2005) (2017) Актуально в 2017 году
17. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция
СНиП 23-02-2003
18. Методическая документация в строительстве: МДС 23-1.2007.
Методические рекомендации по комплексному теплотехническому

342.

обследованию наружных ограждающих конструкций с применением
тепловизионной техники: нормативно-технический материал.- Москва:
ФГУП "НИЦ "Строительство". - М.: ОАО "ЦПП", 2008 - 75 с
19. П. А. Третьякова, В.И. Клевенко. Современный метод реконструкции
жилых домов на примере пятиэтажного жилого фонда г. Перми. // Вестник
ПНИПУ. Урбанистика. 2013. №1. - 6573 с.
20. Модернизация и реконструкция жилишного фонда // Российская
архитектурно-строительная энциклопедия. - М., 1998. - T. V
21. Л.В. Ахмедьянова, Е.С. Грошева. Архитектурно-композиционное
решение фасадов при реконструкции жилых зданий. // Молодежь и XXI век
- 2015. - С.239-241
22. Г. И. Захаркина. Особенности архитектурно-планировочного решения
мансардной надстройки из объемных структурных блоков. // Вестник
Полоцкого Государственного Университета. Серия F. 2009. - С. 2-6.
23. [Электронный ресурс]: yablor.ru URL: http://yablor.ru/blogs/otstavropolya-do-tolyatti/2353060
24. [Электронный ресурс]: diplomba.ru URL: http: //diplomba.
ru/work/45333#2
25. Касьянов В.Ф. Принципы реконструкции жилой застройки с учетом
конструктивно-планировочных параметров зданий: дис. доктор технических
наук: 18.00.04 / Касьянов Виталий Федорович. - Москва. - 2002. - С. 255.

343.

26. [Электронный ресурс]: know-house.ru URL: http://www.knowhouse.ru/avtor/conference/01 .html
27. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных
бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. - М.:
АВС. - 2004. - С. 560.
28. «Основания и фундаменты». Коновалов П.А. изд. 4-е перераб. и доп. - М,
ВНИИНТПИ, 2000 г.
29. Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Ипанов В.И. Реконструкция и реставрация
объектов недвижимости: Учебник / Под ред. д. э. н., проф. А.Н. Асаула. СПб.: Гуманистика, 2005. - 288с.
30. Шепелев Н.П. Реконструкция городской застройки. Учебник. - М.:
Высшая школа, 2000.
ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблица А1 - Приборная база,
использованная при проведении
энергетического обследования
Наименование прибора
Погрешность измерений
Дата следующей поверки
Тепловизор Testo 875-2i
±2 °C, ±2% при температуре
-20 °C ... +350 °C; ±3% при температуре +350 °C ... +550 °C.
23.12.2015

344.

Термометр ТБ-3М1
0.1 °C
- Протокол тепловизионного обследования
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
23,2
0,93
25,0
Точка измерения 2
21,8
0,93
25,0
0,25

345.

Точка измерения 3
20,2
0,93
25,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
23,0
0,93
25,0
Точка измерения 2
21,7
0,25

346.

0,93
25,0
Точка измерения 3
20,2
0,93
25,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
2,4
0,93
-3,0
-
-3,0

347.

Точка измерения 2
2,0
0,93
-3,0
Точка измерения 3
-1,0
0,93
-3,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
2,1
0,93
-3,0

348.

-3,0
Точка измерения 2
0,7
0,93
-3,0
Точка измерения 3
-0,5
0,93
-3,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
-3,0

349.

Точка измерения 1
3,7
0,93
-3,0
Точка измерения 2
2,1
0,93
-3,0
Точка измерения 3
0,3
0,93
-3,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
-3,0

350.

Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
6,5
0,93
-3,0
Точка измерения 2
1,8
0,93
-3,0
Точка измерения 3
-0,2
0,93
-3,0
Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
-3,0

351.

Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
4,0
0,93
-3,0
Точка измерения 2
1,3
0,93
-3,0
Точка измерения 3
-0,2
0,93
-3,0
-

352.

Коэффициент излучения: 0,93 Отраж. темп. [0C]:
Выделение изображений :
Измеряемые объекты
Темп. [0C]
Излуч.
Отраж. темп. [0C]
Примечание
Точка измерения 1
3,4
0,93
-3,0
Точка измерения 2
1,3
0,93
-3,0
Точка измерения 3
-1,1
0,93
-3,0
-
-3,0

353.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Рисунок Б1 - Проект реконструкции 5-ти этажного жилого дома серии 1447С для массового применения с надстройкой этажей
Рисунок Б2 - Проект перепланировки 2- и 3-комнатной квартиры серии
дома 1 -447
Рисунок Б3 - Визуализация реконструкции фасада с надстройкой
мансардного этажа в Центральном районе г. Тольятти
Рисунок Б4 - Визуализация реконструкции фасада с надстройкой
мансардного этажа в Центральном районе г. Тольятти