Введение. Рассматривается влияние атриума на температурную стратификацию при естественной вентиляции внутри помещений учебно-лабораторного корпуса Московского государственного строительного университета (МГСУ) с помощью натурных экспериментов. Целью исследования является разработка нового метода расчета геометрических параметров атриума здания с учетом комфорта его температурно-воздушного режима с применением решения разработанных базовых уравнений воздушного потока в сочетании с методами математического моделирования. Получена формула для определения расхода воздуха при естественном охлаждении в атриумах, анализа и проектирования системы естественной вентиляции в здании с атриумом с более чем двумя вытяжными отверстиями. На основании полученных результатов сделан вывод об оптимальной площади вытяжных и приточных проемов в здании атриума при различной его высоте. Эти данные могут иметь практическое применение при проектировании зданий с атриумами.

Материалы и методы. Использованы методы полуэмпирического исследования, методы простой линейной регрессии для установления корреляции между измеряемыми переменными температурой воздуха и высотой здания в атриуме с конкретными условиями, позволяющими определять температуру на любой высоте.

Результаты. Разработана формула расчета площади вытяжных и приточных отверстий в связи с высотой атриума, установлено их влияние на тепловые характеристики конструкций зданий с атриумами.

Выводы. Результаты исследования позволяют быстро и точно определить геометрические параметры для обеспечения снижения температуры воздуха в зданиях с атриумами. Это играет важную роль на начальном этапе проектирования.

Введение. Современные физические модели расчета распространения плоских продольных волн через границы сред, основанные на условиях неразрывности звукового давления и колебательной скорости, реализуются только при нормальном падении волн. При всех направлениях распространения волн, отличных от нормального, условия неразрывности не соблюдаются, что не позволяет получить правильные формулы коэффициентов отражения и прохождения волн.

Материалы и методы. В предложенной постановке задачи физическая модель среды распространения волн состоит из кусков волновых лучей, плотно, без разрывов и взаимных проникновений, занимающих все ее пространство (так, как это наглядно происходит с волнами на поверхности воды). Приводится способ определения объемов этих кусков. Их массы аппроксимируются материальными точками, обладающими эффективными значениями колебательных скоростей волн. Прохождение плоской гармонической волны через плоскую границу сред описывается уравнениями сохранения кинетической энергии и сохранения количества движения. Решение этих уравнений дает правильные формулы коэффициентов отражения и преломления волн по колебательной скорости при любых углах их распространения.

Результаты. Предложенная постановка задачи распространения волн через границу сплошных полубесконечных сред пригодна для решения задач распространения звука через слои и, в частности, через пластины. Задача распространения звука через пластину, разделяющую воздушную среду, является фундаментальной в разделах архитектурной и технической акустики, поскольку на ее основе строятся прикладные теории звукоизоляции стен и перекрытий, ограждающих помещения зданий и транспортных средств.

Выводы. Уравнения сохранения до граничной частоты волнового совпадения будут включать эффективное значение колебательной скорости в падающей волне, угол распространения волны, значения массы дискретного тела, представляемого поверхностной плотностью пластины, приведенных масс кусков среды и неизвестные коэффициенты отражения и прохождения колебательной скорости. На частотах выше граничной масса дискретного тела меняется на приведенную массу пластины. Решение системы уравнений сохранения дает правильные формулы коэффициентов прохождения и отражения звука и правильные формулы звукоизоляции в соответствии с изменениями физических моделей распространения волн в разных частотных диапазонах.

Введение. Активное внедрение модульных зданий в практику современного строительства вызывает необходимость развития методов их расчета. Однако отсутствуют какие-либо специализированные руководства по проектированию модульных зданий. При разработке рекомендаций проектирования невозможно обойтись только численными методами расчета. Поэтому создание аналитического метода расчета модульных зданий — актуальное направление исследований. Рассматривается вопрос определения усилий в элементах модульных зданий с несущими колоннами и жесткими внутримодульными соединениями.

Материалы и методы. Определение усилий в элементах модульных зданий от вертикальных нагрузок с высокой точностью можно проводить с помощью известных выражений строительной механики. Главной трудностью является установление динамических воздействий (пульсация ветра и сейсмика). Предлагается использовать консольную схему сооружения с разложением масс в уровне перекрытий. В результате вычислений образуется набор инерционных сил от пульсации и сейсмического воздействия. Для большего упрощения вычислений написана программа Modular. Программа удобна для проведения предварительных и вариантных расчетов и исследований конструкций модульных зданий.

Результаты. Представленный аналитический метод определения усилий в элементах модульных зданий показывает хорошую сходимость результатов с методом конечных элементов. На конкретном примере показано, что расхождение в определении усилий от вертикальных нагрузок практически отсутствует. Расхождение от суммарного воздействия статической и пульсационной составляющих составляет 4,2–16,6 % для изгибающих моментов и 1,3–6 % для продольных сил. Погрешность определения усилий от сейсмического воздействия укладывается в интервал 5–10 % как для изгибающих моментов, так и для продольных сил.

Выводы. Метод удобен для применения на стадии качественной оценки проектных решений, вариантных расчетов и поиска рациональных конструктивных решений модульных зданий.

Введение. Одной из ключевых проблем колебаний строительных конструкций является определение основной частоты собственных колебаний. Аналитические решения здесь редки и, как правило, базируются на приближенных оценках первой частоты сверху (метод Рэлея) или снизу (оценка Донкерлея). Чаще всего задача о собственных колебаниях решается численно с помощью метода конечных элементов с применением специализированных пакетов. Цель исследования — вывести аналитические оценки зависимости первой частоты колебаний фермы решетчатого типа от числа панелей, геометрических характеристик конструкции и параметров упругих свойств материала.

Материалы и методы. Плоская статически определимая решетка опирается основанием на стойки. Угловая опора — неподвижный шарнир. Расчет усилий в элементах конструкции производится методом вырезания узлов с использованием стандартных операторов системы символьной математики Maple. Жесткость фермы находится по формуле Максвелла – Мора. Масса фермы распределена равномерно по ее узлам. Колебания масс происходят по вертикали. Обобщением серии решений для ферм с последовательно растущим порядком на произвольное число панелей искомые формулы выводятся методом индукции.

Результаты. Замечен случай кинематической изменяемости предложенной схемы фермы. Получены формулы для первой частоты методом Донкерлея и Рэлея. Два аналитических решения сравниваются с численным, полученным для всего спектра частот. Обнаружены спектральные константы и области резонансной безопасности в спектрах семейства регулярных ферм.

Выводы. Двухсторонний метод оценки первой частоты применим для решения задач о регулярных конструкциях, где конечная формула включает в качестве параметра порядок регулярности. Для рассматриваемой конструкции погрешность метода Рэлея сопоставима с погрешностью метода Донкерлея.

Введение. Актуальным является вопрос развития конструктивных решений соединений деревянных элементов, в частности сопряжений колонн и ригелей. Рассмотрены преимущества и особенности основных существующих способов соединения деревянных колонн и ригелей.

Материалы и методы. По характеру разрушения ранее испытанных образцов соединений деревянных элементов на накладках одного из производителей установлено, что определяющим фактором разрушения образцов стало недостаточное значение усилия отрыва накладки от деревянного элемента и несовершенство конструкции накладок. Предложено увеличить несущую способность и снизить деформативность соединений путем модификации соединений с внедрением эпоксидной смолы между шурупом и древесиной и между накладкой и торцом деревянного элемента, к которому она закреплена, и модификации конструкции накладок.

Результаты. Разработано конструктивное решение сопряжений деревянных колонн и ригелей, обладающее повышенной надежностью по сравнению с изученными соединениями и лишенное их недостатков. Этот результат достигнут за счет наличия клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между накладкой и деревянным элементом; выполнения насечек на сторонах накладок, крепящихся к деревянным элементам; увеличенной длины шурупов, ввинчиваемых в накладку с пазом, по сравнению с длиной шурупов, ввинчиваемых в накладку с шипом; размещения отверстий под шурупы под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчиваются шурупы; большой степени расширения в форме клина поперечных сечений шипа и паза накладок в продольном направлении приложения нагрузки к соединению; отсутствия контакта шипа и паза накладок в нижних их частях.

Выводы. Проведенные исследования позволят расширить номенклатуру соединений деревянных элементов и повысить надежность конструирования конструкций на основе деревянных элементов с использованием металлических накладок. Разработанный узел соединения может быть применен при строительстве, реконструкции и реставрации деревянных зданий и сооружений различного назначения.

Введение. Масштабные натурные исследования разрушения кирпичной кладки, проведенные во многих регионах мира, показали, что подход к изучению долговечности строительной керамики на основании параметров прочности и морозостойкости не является показательным. Данные параметры не дают возможности получить временнóе значение долговечности материала, а служат лишь основанием для экспертной оценки.

Материалы и методы. Доказывается выдвинутая научная гипотеза о том, что разрушение материала кирпича в кирпичной кладке ограждающих конструкций происходит под действием процессов химической коррозии. Описывается процесс химической коррозии, кратко приводятся результаты термодинамических расчетов химических процессов. Дается краткое описание методик исследования долговечности материала строительной керамики, которые в настоящее время получили статус стандартов.

Результаты. Представлены результаты лабораторных исследований процесса химической деструкции материала строительной керамики, а также расчетов долговечности материала строительной керамики, выполненных на основании разработанного метода расчета долговечности материала.

Выводы. На базе разработанного теоретического обоснования и проведенных лабораторных исследований процесса химической деструкции материала стеновой керамики делается вывод о том, что созданная методика исследований и метод расчета позволяют определить долговечность материала на любых стадиях его эксплуатации.

Введение. Экологическая сертификация в соответствии с ISO 14001 и EMAS позволяет понять и оценить воздействие хозяйственной деятельности на экосистемы, а также установить экологические цели и задачи улучшения деятельности предприятий и организаций. Эффекты EMS зависят от того, как компании решат их использовать после сертификации. Исследуются проблемы организационного климата, связанные с использованием стандартов серии ISO 14000 и EMAS для повышения экологической эффективности компаний.

Материалы и методы. Методика представлена в виде модели экологической безопасности деятельности предприятий и организаций, в том числе — экологического аудита, экологической стандартизации и экологической оценки соответствия различным экологическим требованиям на разных уровнях организации деятельности предприятий. Объект исследования — международные экостандарты серии ISO 14000 и EMAS. Предмет исследования — экологическая безопасность негативных факторов деятельности предприятий и организаций. Предлагается концепция необходимости обучения персонала и создания позитивно экологически ориентированного организационного климата предприятий и организаций.

Результаты. Реализация EMS не всегда приводит к улучшению экологических показателей. Некоторые компании сосредотачиваются на формальных критериях без учета реальных экологических проблем. Также экологические показатели могут иметь форму коэффициентов и быть улучшены при неизменном или даже ухудшившимся воздействии на окружающую среду. Для реализации целей EMS важен организационный климат, особенно отношение сотрудников к окружающей среде и экологическим ценностям. Несмотря на ограничения, EMS, экологический аудит и принципы ISO 14000 могут помочь компаниям уменьшить отрицательное влияние на экосистемы, повысить конкурентоспособность и сделать более осознанный выбор при планировании своей деятельности.

Выводы. Подчеркивается значимость создания организационного климата для экологической безопасности негативных факторов деятельности предприятий и организаций. Также необходима более точная оценка эффективности экологических мероприятий при формулировании экологических стандартов и оценке соответствия их выполнения.

Введение. Прочность смерзания — прочностная характеристика мерзлых грунтов, описывающая их механическое взаимодействие с подземными конструкциями зданий и сооружений. Данная характеристика используется при определении несущей способности свай, расположенных в зоне распространения вечной мерзлоты, а также оценке выдергивающего воздействия касательных сил морозного пучения сезоннопромерзающих грунтов. Прочность смерзания устанавливается лабораторными опытами посредством реализации сдвига мерзлого грунта относительно испытуемого материала. Существует несколько различных методов определения прочности смерзания, все они имеют недостатки: одни громоздки и сложны в проведении, в других невозможна реализация моделирования всех типов условий промерзания грунтов.

Материалы и методы. Для исследования прочности смерзания стеклопластика с образцом мерзлого грунта на кафедре геотехники СПбГАСУ предложен новый метод установления прочности смерзания грунта и подземной конструкции, позволяющий сократить трудоемкость испытаний, минимизировать дополнительное воздействие на испытуемые грунты в процессе их подготовки, а также учитывать особенности промерзания грунта вокруг фундамента. Однако, как любой новый метод, он обладает рядом неопределенностей. Экспериментально определены оптимальные параметры методики: соотношение диаметра образца материала к его высоте, конструктивное исполнение опоры, а также способа утепления при промораживании.

Результаты. Форма испытуемого образца имеет существенное влияние на конечное значение прочности смерзания, конструкция опоры и способ утепления образцов оказывают воздействие на получаемый результат в ходе испытания. Наиболее оптимальными решениями служат: применение опоры в виде кольца, препятствующего движению формы и не препятствующего движению грунта, и использование утепления путем погружения образцов в утеплитель, а не оборачивание им.

Выводы. Представлена законченная методика определения прочности смерзания грунта с материалом подземной конструкции, достоверность получаемых результатов по которой превосходит достоверность данных, полученных по методу ГОСТ, что проявилось в более низком значении коэффициента вариации внутри результатов контрольной выборки образцов.

Введение. Фенолы являются одним из основных органических компонентов, присутствующих в стоках многих промышленных предприятий. Удаление фенола из сточных вод, содержащих фенол, — приоритетная задача из-за его высокой токсичности для людей и животных даже при низкой концентрации. Адсорбция на основе активированного угля (АУ) — один из передовых процессов очистки, широко используется для очистки водных загрязнителей. Цель исследования — изучение адсорбции фенола на активированном угле на основе ветвей финиковой пальмы (ВФП-АУ) в качестве низкозатратного адсорбента.

Материалы и методы. В качестве сырья для получения АУ методом химической активации H3PO4 использовались ВФП. Эксперименты по адсорбции проводились в партиях. Также исследованы кинетика и изотермы адсорбции.

Результаты. ВФП-АУ получен химической активацией ветвей финиковой пальмы с использованием H3PO4 (600 °C, 60 мин), образец был обозначен ВФП-АУ-H3PO4. Результаты показали выход АУ в размере 52,7 %. Максимальная эффективность адсорбции фенола была достигнута при pH = 7. Адсорбция фенола хорошо описывалась кинетикой псевдовторого порядка с K2, г/(мг·мин). Модель изотермы адсорбции фенола следовала модели Ленгмюра, где R² было 0,9215 и KL = 0,0161 л/мг при 180 мин времени равновесия. Максимальная емкость адсорбции фенола составляла 77,52 мг/г (мг фенола, поглощенного/г ВФП-АУ-H3PO4), что является высоким значением по сравнению со многими другими результатами, представленными в литературе.

Выводы. Результаты свидетельствуют о том, что АУ, полученный из ветвей финиковой пальмы, может быть перспективным материалом для очистки сточных вод, а также эффективным средством для решения проблем экологического загрязнения.

Введение. Энергетика — один из наиболее актуальных вопросов. В связи с увеличением потребления энергии в жилых и промышленных зданиях оценка эффективности и качества внутренних помещений является важным шагом, с которого начинается процесс разработки и внедрения новых технологий. Модернизация данных пространств приводит к созданию устойчивой модели с экологической, экономической и социальной точек зрения.

Материалы и методы. Цель исследования — изучение закономерностей распределения жилых кварталов и их отражение на энергетике жилого пригорода, состоящего из двадцати жилых зданий в провинции Тартус, благодаря разработке программного инструмента с использованием программы Dynamo, который служит одним из методов визуального программирования, используемых в BIM, с применением языка программирования Python. Исследованы нагрузки на отопление и кондиционирование воздуха для данной ориентации в сравнении с нагрузками после проектирования здания под разными углами, чтобы снизить потребление и извлечь выгоду из источников солнечного света с помощью Revit. Использованы аналитический подход, основанный на анализе и экстраполяции литературы, связанной с исследованием; дедуктивный подход путем определения проблем и предоставления предложений по решениям, которым можно следовать при управлении и анализе энергии.

Результаты. BIM-подход способствовал изучению ориентации здания и ее отражения на тепловых нагрузках с учетом всех факторов, вызывающих эту нагрузку, которые могут быть скорректированы в соответствии с требованиями или нормами.

Выводы. Исследование ориентации здания на стадии проектирования способствует снижению общей годовой тепловой нагрузки более чем на 20 %, этот процент варьируется в зависимости от способа сборки зданий.

Введение. Существующие подходы к принятию управленческих решений в строительном производстве позволяют производить выбор вариантов лишь для определенного этапа жизненного цикла объекта капитального строительства (ЖЦ ОКС) без учета их эффективности на протяжении всего ЖЦ. Для устранения этого недостатка предлагается система информационного обеспечения управления ЖЦ ОКС с учетом минимизации пылевого загрязнения атмосферного воздуха при реализации принятых решений.

Материалы и методы. В рамках системного подхода к управлению ЖЦ ОКС важнейшее значение имеет правильный выбор критериев, с использованием которых может быть принято оптимальное решение. Необходимость обеспечения эффективности управленческих решений на протяжении ЖЦ ОКС предполагает разработку системы, позволяющей уже на начальных этапах прогнозировать поведение управляемого объекта. Поскольку наступление различных событий (ситуаций) в процессе ЖЦ ОКС носит случайный характер, большое значение имеет определение вероятности наступления тех или иных событий. Представлены технические средства для мониторинга загрязнения атмосферного воздуха пылевыми частицами PM2,5 и PM10.

Результаты. Для учета иных критериев принятия решений, помимо технико-экономических показателей, предложены полученные экспериментальным путем значения концентрации пыли в атмосферном воздухе. С этой целью систематизированы источники такого загрязнения на всех этапах ЖЦ ОКС. На основе построенной модели ЖЦ получены выражения для определения вероятности наступления событий на протяжении ЖЦ ОКС. Данная стохастическая модель дает возможность прогнозировать состояние объекта управления при реализации того или иного решения.

Выводы. Построена система информационного обеспечения, позволяющая, в отличие от применяемых методик, принимать решения по управлению ЖЦ ОКС не только с учетом технико-экономической эффективности сравниваемых вариантов, но и степени пылевого загрязнения атмосферного воздуха. С помощью разработанного информационного обеспечения можно учитывать случайный характер наступления тех или иных событий в течение ЖЦ ОКС с установлением вероятности их наступления.

Введение. Предлагается оптимизировать время высококвалифицированных инженеров, работающих с цифровой информационной моделью (ЦИМ) в процессе исправления коллизий пересечения за счет математического определения важности того или иного элемента в коллизиях пересечения.

Материалы и методы. За основу принят метод частотного анализа с использованием коэффициента качества ЦИМ. Коэффициент качества ЦИМ устанавливается исходя из данных о ЦИМ: количество элементов, объектов и коллизий. Вычисленные коэффициенты влияют на результаты, полученные с помощью метода частотного анализа. В итоге получаются уникальные значения весов важности для элементов ЦИМ.

Результаты. Найденные в ходе исследования веса элементов отсортированы по убыванию, первые 20 % элементов с наибольшим весом занимают элементы несущих конструкций, это говорит о том, что исправление коллизий с их участием должно быть в приоритете. Приоритет исправления коллизий с участием других, не несущих элементов ЦИМ, можно определить, назначив им веса исходя из элементов, участвующих в коллизиях.

Выводы. Результаты исследования помогут назначить приоритет найденным коллизиям пресечения, что даст возможность высококвалифицированным инженерам исправлять наиболее важные коллизии пересечения в приоритетном порядке, тем самым рациональнее используя свое время. Полученные значения весов элементов можно применять, экспортировав найденные в проекте коллизии в табличный формат данных. Используя табличные редакторы и функции сводных таблиц, можно назначить веса элементам и отсортировать коллизии.