авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

«АНО «Центр исследований постиндустриального общества» Принуждение к инновациям: стратегия для России под ред. В.Л.Иноземцева ...»

-- [ Страница 5 ] --

Таблица 5. Сравнение экономических и экологических параметров бытовых газовых приборов оснащенных стандартными горелочными устройствами и ИК-горелками с объемной матрицей Стандартное ИК-горелка Эффект горелочное с объемной (абсолют. или устройство матрицей относит.) Ежегодный расход газа населением в случае применения различ ный горелочных уст- 15, ройств, млрд. м3 47,0 31,5 (30%) Суммарные ежегодные 27, 83,5 56, выбросы CO2, млн. т (30%) Меньше Выбросы CO, ppm 1000 в 100 раз Меньше Выбросы NOx, ppm 100 в 10 раз В горелках, применяемых в промышленных и отопительных бы товых печах, в печах пищевой промышленности, водогрейных кот лах, сушилках, системах воздушного отопления и т. д. становится возможным эффективное использование альтернативных топлив и их смесей (например, низкокалорийного биогаза).

Применение разработанных горелочных устройств в бойлерах позволяет существенно увеличить эффективность теплообменника Приложения и тем самым снизить удельный весовой параметр горелки, приве денный к единице мощности горения, на 20–30%. Разработанное горелочное устройство на основе модуля с углубленной объемной проницаемой матрицей может быть использовано в бойлерах оте чественной и зарубежной конструкций. При модификации бойлера горелки открытого пламени могут быть заменены новым разрабо танным горелочным устройством. Улучшение приведенного весово го параметра возможно за счет увеличения мощности горелочного устройства при форсировании теплового режима теплообменника.

Прототип конструкционного исполнения керамического модуля такого горелочного устройства представлен на Рис. 4.

Рис. 4. Работа модуля горелочного устройства (мощность около 9 кВт) с углубленной матрицей из керамических плиток В качестве примера рассмотрим возможность изготовления го релочного устройства повышенной мощности на основе опытного модуля ИК-горелки для настенного котла THERM TRIO 90 (Чехия).

В настоящее время котел оснащен камерой сгорания на основе блока горелок открытого пламени фирмы «Polidoro» (Италия) суммарной мощностью до 90 кВт. Предполагается изготовить камеру сгорания на основе модулей из 16 ИК-горелок с объемной керамической матрицей суммарной мощностью до 120 кВт. Посадочный размер камеры сгора ния (максимальные размеры) 380540мм. Предполагается выполнить единичную ИК-горелку с объемной керамической матрицей в виде Приложение № 2. Применение горелочных устройств нового типа прямого параллелепипеда, собираемого из 5 стандартных перфори рованных керамических плиток, например, размером 9313412мм.

ИК-горелка имеет внутренний размер матрицы 9050110мм. Пло щадь горения матрицы S = 350см2. При удельной нагрузке W* = 300 кВт/м2 мощность горелки составит примерно W1 = 10 кВт. Сум марная мощность камеры сгорания составит 1610 = 160 кВт, т. е. за данный уровень камеры сгорания 120 кВт достигается.

Поскольку ключевым моментом исследования являлось разра ботка опытного единичного модуля ИК-горелки, то была выполне на подготовительная работа для выбора оптимальной конструкции опытного модуля ИК-горелки и проведены предварительные испы тания устройства с различными геометрическими размерами.

Анализ результатов позволяет сделать вывод о принципиальной возможности создания на основе модуля ИК-горелки мощностью ~ 7–10 кВт горелочного устройства повышенной мощности (до 120 кВт) для настенного котла THERM TRIO 90:

— показано, что горелка способна работать устойчиво в широ ком диапазоне регулирования мощности от 4 до 10 кВт. Температу ра поверхности матрицы достигала 1000–1200 °С, удельная тепловая нагрузка w изменялась от 90 до 230 кВт/м2, приведенная тепловая нагрузка (мощность горения, отнесенная к площади выходного се чения матрицы) изменялась от 670 до 1660 кВт/м2;

— предложено регулирование температуры рабочей поверхности матрицы по высоте путем распределения состава смеси. В нижние слои матрицы, там где эффект положительной обратной радиаци онной связи максимален, поступает обедненная смесь с понижен ной температурой горения. И наоборот, в верхние слои матрицы, там где эффект положительной обратной радиационной связи ми нимален, поступает обогащенная смесь с повышенной температу рой горения;

— во всех режимах работы горелки с углубленной объемной ке рамической матрицей концентрация оксидов углерода и азота не превышала 10 ppm на смеси около стехиометрического состава, снижаясь до величины ~ 2–3 ppm при разбавлении смеси воздухом до 1,2.

Дальнейший этап работы по созданию горелочного устройства для бойлеров типа настенного котла THERM TRIO 90 должен быть связан с ОКР и испытанием прототипа горелочной ячейки устрой ства с учетом достигнутых результатов.

Приложения 4. Горелочные устройства бытового и промышленного применения для сушки, нагрева и других технологических целей Горелки инфракрасного излучения (ГИИ) производятся различ ными российскими и зарубежными фирмами (САВО, УралАвто Терм, Промгаз, ФГУП «ТОРИЙ», Техноприбор, Эталон-Термо, Би Кар, GoGaS Goch GmbH & Co и т.д.).

ГИИ находят широкое применение в различных областях:

1) в промышленности (сушка лакокрасочных покрытий, инер тных материалов, древесины, отопление и обогрев рабочих мест в производственных цехах, отопление складских помещений);

2) в строительстве (сушка штукатурки, прогрев бетона в зимнее время, ремонт асфальтобетонных покрытий дорог, обогрев откры тых рабочих мест в холодное время года);

3) в сельском хозяйстве (отопление теплиц, животноводческих, птицеводческих и других помещений, термическая обработка зерна, овощей, кормов и т.п.);

4) на транспорте (для обогрева двигателей при безгаражном хра нении автомобилей, стрелочных переводов на ж/д станциях, в анга рах для ремонта самолетов);

5) в пищевой промышленности (при выпечке хлебобулочных и кондитерских изделий, изготовлении консервированных продук тов, приготовлении пищи);

6) в жилищно-коммунальном хозяйстве (для ускорения сушки белья и посуды, оттаивании льда на тротуарах, прогрева грунта при производстве земляных работ в зимнее время, обогрева стадионов, кафетериев и других помещений полуоткрытого и открытого типа).

Преимуществами ГИИ являются:

1) автономность (устройства независимы от источника электро энергии);

2) мобильность (прибор имеет небольшой вес, его легко переме щать, способен сосредоточить тепло там, где оно необходимо);

3) экономичность (обогреватель исключает строительство и при менение котельного оборудования и тепловых сетей, небольшой расход и низкая себестоимость газа, КПД инфракрасного способа обогрева значительно выше, чем у других способов, инфракрасное излучение формирует микроклимат за счет прямого теплового излу чения и вторичного излучения от нагретых поверхностей пола, стен и т. д.);

Таблица 6. Технические данные горелок инфракрасного излучения ГИ-2.3 Инула-23 ГГИИ-3.65 Алунд-3 ГИИ с объ ГИИ-2.9 ИТ— (УралАвто- (ФГУП ТО- (Технопри- (Эталон- емной мат (САВО) (Промгаз) Терм) РИЙ) бор) Термо) рицей 1 2 3 4 5 6 7 Сжиженный Сжиженный Вид топлива газ газ газ газ газ / при- газ / при- Газ родный газ родный газ Номинальная тепловая мощ 2,9 2,3 50 2,3 3,65 30 1– ность горелки, кВт Удельная теп ловая мощ 100–200 до ность горелки, кВт/м Температура излучающей 800 800–900 850–900 800 800– поверхности, °С, не менее Приложение № 2. Применение горелочных устройств нового типа 1 2 3 4 5 6 7 Содержание окислов азота в 20 34 20 20 5– продуктах сго Приложения рания ppm Содержание монооксида углерода в про- 200 200 80 200 200 200 2– дуктах сгора ния ppm Лучистый коэффициент полезного 35 35 20– действия, %, не менее Масса, кг, не 1,8 1,4 6 28 более Габаритные размеры, мм, Харак.

260230105 255150100 28090310 размер ~ длина шири на высота Приложение № 2. Применение горелочных устройств нового типа 4) бесшумность работы;

5) отсутствие сквозняков и потоков пыли, которые создаются при работе тепловентиляторов.

В ГИИ насадок, который раскаляется до 800–900 °C, излучает ин фракрасное излучение и представляет собой плоскую пронизанную каналами матрицу, выполненную из керамики или металла (напри мер, жаростойкого чугуна). Однако, их конструктивные и техниче ские особенности делают проблематичным использование в быто вых газовых плитах и бойлерах.

Характеристики горелок помещены в Табл. 6 (некоторые из них представлены на Рис. 5). В продуктах сгорания ГИИ содержится меньше вредных веществ по сравнению с факельными горелками или горелками других типов. Как видно из таблицы, эмиссия оксида углерода для горелок с плоскими матрицами находится в интервале 80–200 ppm, оксидов азота 20–34 ppm.

(a) (b) (c) Рис. 5. Горелки ГИИ-2.9 (г. Пенза) (a), ГИ-2,3 (г. Миасс) (b), Алунд-3 (г. Антрацит, Украина) (c) В последнем столбце таблицы 6 приведены данные для типичной горелки с объемной проницаемой матрицей. Видно, что параметры горелки с объемной матрицей намного лучше. Разработанные ИК горелки с объемной матрицей позволяют снизить эмиссию оксида углерода и оксидов азота до концентраций ~ 10 ppm. За счет повыше ния температуры поверхности объемной матрицы до 1100–1200 °C в результате обратной радиационной связи внутри полости матрицы удается сжигать бедные смеси с коэффициентом избытка воздуха 1,2–1,4. Горелки обладают высоким коэффициентом предельного регулирования, равным 5. ИК-горелка с объемной матрицей отли чается направленностью излучения и повышенной ветроустойчиво Приложения стью, что является неоценимым качеством при их использовании в технологических процессах сушки, в том числе, и вне закрытых по мещениях.

5. Горелочные устройства для камер сгорания газотурбинных установок Применение катализаторов в камерах сгорания (КС) позволяет сжигать топливно-воздушные смеси (ТВС) с содержанием топли ва ниже «бедного» предела распространения пламени, а значит и при достаточно низких температурах. Так как выброс NOX зависит от температуры экспоненциально, то и его величина уменьшается соответственно на несколько порядков. Следовательно, камеры сго рания со сверхнизкими выбросами могут быть созданы с примене нием катализаторов.

К катализаторам, используемым в камерах сгорания газовых тур бин, предъявляются особые требования: высокая активность, тер мостабильность (до 1000–1400 °С), устойчивость к перепадам темпе ратур, возможность работы при повышенных давлениях и высоких скоростях газового потока (до 40 м/с). Использование катализаторов для проведения процесса сжигания топлив в КС ГТУ позволяет зна чительно снизить концентрации NOx, СО и CxHy в выхлопных газах (ниже 10 ppm).

Таким образом, каталитические камеры сгорания позволяют достичь сверхнизких выбросов окислов азота и других токсичных составляющих при сжигании углеводородных топлив. К положи тельным моментам следует отнести и невысокий уровень темпе ратур продуктов сгорания, что снижает ряд жестких требований к конструкции КС, материалам жаровых труб и другим элементам.

Однако применение каталитических камер сгорания сдерживается такими факторами, как высокая стоимость и сложность конструк ций, неотработанность технологии производства катализаторов, сложность в запуске и обслуживании. Поэтому, несмотря на то, что достигнут определенный уровень в освоении каталитических камер сгорания, требуется дальнейшая работа над совершенство ванием конструкции, повышением эффективности катализатора и сохранением длительной активности его в среде продуктов сгора ния. Тем не менее, использование катализаторов в КС является од ним из основных направлений в разработке малотоксичных камер сгорания.

Приложение № 2. Применение горелочных устройств нового типа Разработанный нами образец модельного горелочного устройс тва для камеры сгорания ГТУ с неохлаждаемой сотовой матрицей представлен на Рис. 6. Матрица выполнена в виде набора цилинд рических горелочных элементов из жаропрочной металлической сетки. Горелка с такой матрицей может обеспечить устойчивое сго рание бедных смесей ( ~ 1,2–1,5) при удельной мощности горения порядка 2000–2500 кВт/м2 выходного сечения.

Рис. 6. Фото модельного горелочного устройства для камеры сгорания ГТУ 6. Основные технические требования на разработку коммерческих образцов горелочных устройств нового типа Состав образцов В состав разрабатываемых образцов должны входить горелки с объемной (сотовой) матрицей четырех категорий:

1. Горелки для бытовых газовых плит 2. Горелочные устройства для бойлеров 3. Газовые бытовые и промышленные горелки для сушки, нагрева и других технологических целей 4. Горелочные устройства для камер сгорания газотурбинных ус тановок.

Приложения Требования по назначению 1. Бытовые горелки для газовых плит для приготовления пищи мощностью 1–3 кВт.

2. Горелочные устройства для бойлеров мощностью 20–100 кВт.

3. Газовые горелки инфракрасного излучения промышленные и бы товые для сушки, нагрева локальной области мощностью 2–100 кВт.

4. Горелочные устройства для камер сгорания газотурбинных ус тановок мощностью до 100 кВт.

Специальные требования Горелочные устройства всех типов с объемной проницаемой мат рицей должны удовлетворять специальным требованиям по каждой категории устройств.

1. Бытовые горелки для газовых плит для приготовления пищи мощностью 1–3 кВт: экономия расхода газа до 20–30%, коэффици ент предельного регулирования не менее 5.

2. Горелочные устройства для бойлеров мощностью 20–100 кВт:

удельная мощность на единицу выходного сечения горелки не менее 1000–2000 кВт/м2, коэффициент предельного регулирования не ме нее 5. Удельная металлоемкость изделия — менее 0,9 кг/кВт.

3. Газовые горелки инфракрасного излучения промышлен ные и бытовые для сушки, нагрева локальной области мощностью 2–100 кВт, модульной конструкции: удельная мощность на единицу выходного сечения горелки не менее 2000 кВт/м2, направленность излучения в ближней зоне, радиационный КПД не менее 20%.

4. Горелочные устройства для камер сгорания газотурбинных ус тановок мощностью до 100 кВт, модульной конструкции: удельная мощность на единицу выходного сечения горелки не менее 1000– 2000 кВт/м2.

Изменения требований ГОСТа Горелочные устройства всех типов с объемной проницаемой мат рицей без применения катализаторов должны обеспечить энергоэф фективное и экологически чистое беспламенное сжигание газовых смесей в широком диапазоне регулируемой мощности.

Разработанные горелочные устройства с объемной матрицей позволяют изменить требования ГОСТа по экологическим пара метрам в сторону ужесточения по сравнению с европейскими стан дартами.

Приложение № 2. Применение горелочных устройств нового типа 1. Бытовые горелки для газовых плит для приготовления пищи мощностью 1–3 кВт: экономия расхода газа 20–30%, выбросы оксида углерода не более 50 ppm, выбросы оксидов азота не более 10 ppm.

2. Горелочные устройства для бойлеров мощностью 20–100 кВт:

выбросы оксида углерода не более 50 ppm, выбросы оксидов азота не более 10 ppm.

3. Газовые горелки инфракрасного излучения промышлен ные и бытовые для сушки, нагрева локальной области мощностью 2–100 кВт: выбросы оксида углерода не более 50 ppm, выбросы ок сидов азота не более 20 ppm.

4. Горелочные устройства для камер сгорания газотурбинных ус тановок мощностью до 100 кВт: выбросы оксида углерода не более 10 ppm, выбросы оксидов азота не более 10 ppm.

7. Выводы Рассмотрена техническая обоснованность проекта создания ком мерческих образцов горелочных устройств на основе разработанного метода энергоэффективного и экологически чистого беспламенного сжигания газовых смесей в ИК-горелках с объемной проницаемой матрицей без применения катализаторов.

Показано, что разработанные горелочные устройства для быто вых газовых плит могут существенно сократить потребление газа и повысить качество жизни за счет резкого снижения вредных газовых компонентов в закрытых и плохо проветриваемых помещениях.

Применение разрабатываемых горелочных устройств в бойлерах позволит заметно сократить их габариты за счет более эффективного радиационно-конвективного нагрева воды и уменьшить количество выбросов оксидов азота и монооксида углерода в атмосферу.

Использование горелочных устройств для сушки и других техно логических целей позволяет повысить эффективность процесса за счет направленности излучения и компактности устройств.

Применение горелочных устройств в камерах сгорания ГТУ по зволяет избежать применения каталитических камер сгорания или систем каталитической очистки продуктов сгорания и, следователь но, упростить и удешевить конструкцию камер.

Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве и керамического гравия при возведении ограждающих конструкций 1. Введение Важное значение для возведения многоэтажных зданий и высо ток приобретает конструктивная схема здания, включающая несу щую часть и ограждающие конструкции. Увеличение высоты здания многократно увеличивает нагрузки на несущий каркас. В высотном строительстве за рубежом применяются различные варианты кон структивных схем зданий: каркасная, рамно-каркасная, попереч но-стеновая, ствольная, коробчатая, ствольно-коробчатая и другие.

Несущая часть высотных зданий в Москве и других городах в насто ящее время выполняется в двух основных вариантах: монолитной оболочки из железобетона или каркаса из железобетонных колонн с горизонтальными железобетонными перекрытиями.

Все построенные и строящиеся в Москве высотки имеют одну об щую черту: несущие конструктивные элементы (колонны, стены) вы полнены из монолитного железобетона. Применение железобетона в качестве строительного материала сопряжено с необходимостью уве личения геометрии (сечений) элементов строительных конструкций, что сопровождается потерей полезных площадей, коэффициент «выхо да» которых составляет порядка 70%. По мере роста этажности и высо ты он будет снижаться, что крайне невыгодно для участков застройки с ограниченными площадями.

Следует иметь в виду и прогрессирующее увеличение веса высотных зданий, что также немаловажно для проектирования и надежности конструкций «нулевого цикла», особенно на участках с изменяющей ся геологической средой. Необходимость применения в современном высотном строительстве высокопрочных бетонов класса В60–В100, производство и поставка которых на строительные площадки Москвы Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве пока проблематичны, также, по всей видимости, уже в ближайшие годы станет фактором, ограничивающим возможности применения железо бетона в несущих конструкциях высотных зданий. С ростом этажности зданий этот фактор будет проявляться во все большей степени.

Выпущенные Временные московские городские строительные нормы МГСН-19.05 (Многофункциональные высотные здания и комплексы) характеризуются незначительным учетом отечествен ных и зарубежных достижений в стоительстве, специфики высотно го домостроения, если не сказать, что они большей частью отражают вчерашний день строительства.

К сожалению, проекты отечественных архитекторов и, в частно сти, ЦНИИЭП жилищ, отличает перестраховка и боязнь ответствен ности: комплекс «Эдельвейс» спроектирован и построен с монолит ной несущей оболочкой из железобетона и с толщиной стен почти в 1 метр, в строящемся комплексе «Континенталь» применены те же устаревшие технические решения, утяжеляющие здание и ради кально увеличивающие материалоемкость строительства. Высотные здания в России проектируются организациями, давно не имеющи ми подпитки в плане новых конструктивных и технологических ре шений, передовых материалов, изделий и конструкций от научно исследовательских технологических институтов, доживающих свой век в России.

Многое из отмеченного объясняет то, что для проектирования вы сотных зданий в Москве и других городах России сегодня все больше привлекаются иностранные специалисты. Однако и они мало пора жают технологическими достижениями при работе в России. Так, в строящемся в настоящее время в г. Москве высотном здании «Баш ня “Федерация”» в Сити высотой в 89 этажей несущие конструкции спроектированы американскими проектировщиками и строятся: в центральной части из густоармированных длинномерных железобе тонных монолитных стен с сечением до (204) м, а по периферии — из 23 железобетонных монолитных прямоугольных колонн сечени ем (4,01,4) м и 3-х круглых колонн диаметром около 3 м.

Гораздо более совершенными выглядят конструкции каркасно ствольного типа, возводимые с применением трубобетона. Они мо гут быть базой для высотных зданий с любой архитектурой, с разви тием трубобетонных колонн по периферии в нужном направлении, со свободной планировкой, большим шагом между колоннами и оригинальными фасадами. Эта технология, предполагающая отказ Приложения от несущих монолитных оболочек или колонн из железобетона в пользу комбинированной каркасно-ствольной системы с несущим стволом из монолитного железобетона и каркасом в виде перифе рийного несущего контура колонн, сочетающегося с горизонталь ными аутригерами-ростверками, расположенными через каждые 15–25 этажей здания, применяется сегодня практически во всем мире. По указанной системе, построены, в частности, известные башни Petronas в столице Малайзии Куала-Лумпуре, считавшиеся до недавнего времени самыми высокими в мире, башня Sear Tоwer в Чикаго, высотка Jin Mao Tower в Шанхае и многие другие. Ключе вую роль во всех этих случаях играет применение передовых несущих конструкций в виде колонн из трубо- и сталебетона, не находящих пока применения в России.

Трубо-и сталебетонные несущие конструкции отличаются от стальных и железобетонных колонн тем, что в экстремальных ус ловиях значительных нагрузок они длительное время способны та кие нагрузки выдерживать, тогда как стальные и железобетонные несущие конструкции теряют несущую способность мгновенно (Трансвааль-парк, Бауманский рынок и т. п. грустные примеры).

Помимо указанного достоинства трубо- и сталебетонные конструк ции обладают всеми преимуществами металлических конструкций в плане скорости монтажа, отличаясь при этом от последних зна чительно более высокой несущей способностью и огнестойкостью, возможностью строительства большепролетных помещений и сво бодой планировки. Наиболее широко в последние десятилетия тру бобетон начал применяться в КНР, где создана нормативная база его массового использования в строительстве, в значительной степени заимствованная из опыта США, Японии, Великобритании, Герма нии и Австралии. И хотя вся идеология возведения трубо- и стале бетонных конструкций базируется на научных работах российских, украинских и белорусских инженеров и ученых, в России стандарты и технические условия для ее применения отсутствуют.

2. Трубобетон в несущих конструкциях Трубобетон обладает исключительно высокой несущей способ ностью при небольших поперечных сечениях колонн, являясь пре красным примером оптимального сочетания выдающихся способ ностей металла и бетона (Табл. 1). При этом стальные трубы выпол няют роль несъемной опалубки при бетонировании, обеспечивая Таблица Сравнительные затраты материалов на несущие колонны (нагрузка 1500 т) Площадь Диаметр Площадь Площадь Расход Расход Материал колонн сечения колонн, м металла, м2 бетона, м2 металла, % бетона, % колонны, м Железобетон 0,405 0,670 0,023 0,382 127 Металл 0,059 1,000 0,059 - 304 Трубобетон 0,321 0,630 0,019 0,302 100 Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Приложения как продольное, так и поперечное армирование бетона, ею воспри нимаются нагрузки по всем направлениям и под любым углом. Бе тон в трубобетоне находится в условиях всестороннего сжатия и в таком состоянии выдерживает напряжение, существенно превыша ющее его призменную прочность.

Особенно эффективны трубобетонные конструкции при боль ших напряжениях с относительно малыми эксцентриситетами. Для высотных и большепролетных сооружений и зданий существенным является и тот факт, что трубобетонные конструкции отличаются способностью в экстремальных условиях длительное время выдер живать значительные нагрузки, в отличие от конструкций стальных и железобетонных, теряющих в таких условиях несущую способ ность мгновенно.

Эта особенность трубобетонных конструкций позволяет считать реальной при их применении возможность исключения катастроф, связанных с обвальным разрушением зданий и сооружений.

Так в заключении о причинах катастрофы в «Трансвааль-парке»

проф. А. Лещенко сделал вывод, что «перед катастрофой произошла местная потеря устойчивости элемента оболочки 11-й колонны, что повлекло ее складывание и обрушение купола покрытия. Элемент оболочки колонны мог потерять чисто-крутильную, сдвиговую или изгибную форму устойчивости. Проверка на крутильно-сдвиговые формы потери устойчивости СНиПами не предусмотрены. Если бы такая проверка была, то проектировщики обязательно заполнили бы полую колонну бетоном и катастрофы могло бы не быть. По этой же причине произошло обрушение крыши на автостоянке гипермарке та «Метро» по Дмитровскому шоссе: потеря местной устойчивости полой колонны повлекла складывание самой колонны. Чтобы из бежать подобных трагедий в будущем, необходимо пересматривать и менять существующие строительные нормы. При восстановлении покрытия аквапарка необходимо заменить полые опорные колон ны на трубобетонные прежнего диаметра. Отказаться от практики строительства тяжелых железобетонных оболочек. По данным ста тистики, 45% аварий и катастроф в строительстве происходит из-за потери устойчивости металлических конструкций».

Помимо всех конструкционных плюсов трубобетонные конс трукции обладают достоинствами металлических конструкций в плане монтажа, отличаясь при этом от последних более высокой несущей способностью и огнестойкостью. Прекрасные конструк Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве ционные и строительно-технические свойства трубобетона по зволяют строителям США, Франции, Германии, КНР эффектив но применять его в самых различных областях строительства — и, в частности, таких ответственных, как мостостроении, строитель стве метро, а также торговых, культурных, промышленных и жи лых зданий.

Так в г. Сиэтл (США) в 1988 г. построено 58-этажное здание из трубобетона (Рис. 1), в котором основными вертикальными несущи ми конструкциям являются четыре массивных колонны из стальных труб, наполненных высокопрочным бетоном (прочность на сжатие 133 МПа в 56 суток твердения), образующие центральный ствол, а по периферии здания вдоль наружных стен располагаются 14 трубо бетонных колонн диаметром от 91 до 136 см в нижней части до 41 см в верхней части высотки.

Совместная работа ствола и наружных стен обеспечена стальны ми диагональными связями в уровнях 35–38 этажей, а также стале железобетонными конструкциями балок и плит межэтажных пере крытий.

где и — колонны из трубобетона.

Рис. 1. План 58-этажного высотного здания (Gateway Tower), построенного по системе SWMB (г. Сиэтл, США) Приложения Новая конструктивная система, названная по наименованию разработавшей ее фирме SWMB (Skilling Word Magnusson Berkshire Inc.) позволила построить еще более десятка высотных зданий в США, продемонстрировавших эффективность трубобетона. Так, по вышеописанному зданию в Сиэтле, фирме удалось снизить затра ты на строительство для высотки подобной этажности из железобе тонных колонн на 34%, в частности, расход стали оставил 58 кг на 1 м2 площади против 122 кг, затрачиваемых обычно для зданий такой этажности. Применение трубобетона позволило осуществлять бето нирование конструкций со скоростью 4 этажа в неделю. Американ ские специалисты отмечают также, что применение трубобетонных колонн с высокопрочным бетоном обеспечивает значительную ус тойчивость высоток к сейсмическим воздействиям.

Низкую материалоемкость, высокую огнестойкость трубобетона, возможность сочетания с различными конструкциями перекрытий отмечают и французские специалисты, разрабатывающие каркас ные конструктивные системы зданий с несущими колоннами из трубобетона.

Первое в Австралии жилое здание из трубобетона высотой в 46 этажей построено в 1990 г. в Мельбурне. План стандартного этажа приведен на Рис. 2.

где — колонны из трубобетона.

Рис. 2. План жилого здания из трубобетона в г. Мельбурн, Австралия Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Ядро здания образовано сталебетонными центральными шахта ми, состоящими из лифтовых и инженерных отсеков, а также лес тничного пространства. Каждое перекрытие представляет собой комплекс плит из монолитного бетона и стальных балок. По пери ферии здания расположено 24 трубобетонные колонны. Длина каж дой секции трубы равна 8 м (что соответствует двум этажам). На двух концах стальных труб в каждой секции на внутренней поверхности прикреплены кольца для оказания сопротивления срезу и для обес печения совместной работы стальных труб и бетонного ядра. Тол щина стенки стальной трубы на каждом этаже снижается от 16 мм в нижних этажах до 8 мм на самых верхних. Соответственно, про чность бетона в трубах уменьшается от 70 МПа на нижних до 30 МПа на верхних этажах. Бетон внутри стальных труб заполнялся сразу на четыре этажа с помощью бетононасоса без вибратора. Трубобетон ные колонны покрывались противопожарным торкрет-покрытием.

Отмечена экономия сроков и средств при строительстве высотки.

В Японии с применением трубобетона также начато строительс тво жилья. Здание в 57 этажей высотой 185,8 м построено в г. Кавагу чи недалеко от Токио. Площадь участка застройки составила 1982 м2, общая площадь здания 66057 м2, в нем расположены 650 квартир (Рис. 3).

где — колонны из трубобетона.

Рис. 3. План жилого высотного здания из трубобетона в г. Кавачуги, Япония Приложения Основой здания является каркас из трубобетона, стальные тру бы с 1-го по 21-й этаж имеют диаметр 812,8 мм с толщиной стенки 22–40 мм, с 22-го по 42-й этаж — диаметр 711,2 мм с толщиной стен ки 12–28 мм, с 43-го по 55-й этаж — 609,6 мм с толщиной стенки 12–22 мм. По прочности бетон внутри труб, соот ветственно, состав лял: 60;

54 и 48 МПа. Стальные трубы делятся на секции на каждом этаже. Бетон подавался с верхней части труб свободным падением.

Перекрытие заполняли бетоном по этажам. Строительство высотно го здания заняло 15 месяцев.

Трубобетон, безусловно, относится к наиболее устойчивым конс трукциям. Специальное исследование французских ученых1 и работа Б.Н. Нурадинова2 показали, что огнестойкость трубобетонной ко лонны диаметром 400 мм — около 2 часов без какой-либо защиты, а при нанесении защитной оболочки можно обеспечить практически любую требуемую огнестойкость. Так, во время проектирования зда ния мэрии г. Вупперталь (Германия) была поставлена задача возведе ния неразрушаемых несущих колонн. Она была решена применени ем колонн из трубобетона диаметром не более 600 мм, обладающих противопожарными свойствами и способные передавать нагрузку в 8000 kN. В качестве несущих колонн каркаса здания были примене ны двойные трубобетонные колонны, при этом трубы внешних слоев имели диаметр 558 мм, а толщину стенки 12,5 мм. Трубы внутренних слоев имели диаметр 406,4, а толщину стенки 17,5 мм. В случае даже сильного пожара разрушение и ослабление колонн исключено — на грузку на себя примет внутренняя труба и ее бетонное ядро.

Отметим особо: основы мировой нормативной базы по трубо бетонным конструкциям заложили в своих трудах специалисты НИИЖБ, ЦНИИСК, ЦНИИС и многих других институтов бывшего СССР (А.А. Гвоздев, В.А. Росновский, Л.И. Стороженко, А.К. Ки кин, Р.С. Санжаровский и другие).

Наиболее широко в последние десятилетия трубобетон начал применяться в КНР, где создана нормативная база его применения в строительстве. Опыт китайских строителей во многом базируется на научных работах российских, украинских и белорусских инженеров и ученых.

См.: Железобетонные колонны в стальной трубчатой оболочке (Франция) / Строительство и архитектура, сер. Строительные конструкции и материалы.

Экспресс-информация. ВНИИНТИ Госстроя СССР, Москва, 1989, с. 10—11.

Б. Н. Нурадинов. Огнестойкость сталебетонных колонн. Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва: МГОУ, 1984.

Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве В КНР в 1999 г. выпущен стандарт китайского инженерно-стро ительного общества стандартизации «Техническая спецификация сверхпрочных бетонных конструкций» СЕСS 104:99, в котором спе циальный раздел посвящен трубобетонным конструкциям. В тече ние последних десяти лет с применением каркасов из трубобетона в КНР построено уже более 40 небоскребов. Среди них здание не боскреба на площади Сайгэ в Шэньчжэне является на сегодняшний день самым высоким в мире. В наземной части имеются 72 этажа, в подземной — 4, общая высота составляет 291,6 м, общая площадь здания превышает 160 тыс.м2. Это многофункциональное комплекс ное сооружение спроектировано и построено с учетом возможности семибалльного землетрясения. Значительный практический опыт строителей Китайской Народной Республики полностью подтвер дил преимущества трубобетонных конструкций, установленные многочисленными исследованиями в разных странах (Табл. 2).

Таблица 2.

Основные преимущества технологии трубобетона по опыту китайских строителей Конструкционные Технологические Экономические и эксплуатационные 1. Высокая несущая спо- 1. Выполнение 1. Сокращение собность трубобетонных стальной трубой расхода металла колонн роли первичного на возведение 2.Эффективность работы каркаса здания и каркасов здания стальной обоймы-трубы несъемной опа- в 1,8–2 раза вместо арматуры лубки для бетона 2. Сокращение 3.Повышение прочностных 2. Работа в зимнее сроков строи показателей, долговечно- время тельства коробок сти и стойкости бетона, 3. Высокая ско- зданий и соо находящегося в трубе рость возведения ружений 4. Трехосное сжатие бето- каркасов из тру- в 1,5–2 раза на, находящегося в трубе бобетона, в 3–4 3. Снижение 5. Снижение массы несу- раза превосходя- себестоимости щего каркаса здания щая аналогичную строительства 6. Повышение огнестой- для классическо- коробок зданий и кости стальных конструк- го железобетона сооружений ций каркаса 4. Снижение объ- на 25–35% 7. Высокая стойкость здания емов сварочных к сейсмике, взрывам, пре- работ в 2–3 раза дельным нагрузкам и ударам Приложения По мнению Я.М. Айзенберга, президента Российской ассоциа ции по сейсмостойкому строительству, трубобетонные несущие кар касы сами по себе позволяют достичь высокой сейсмостойкости.

В последнее время все более ясной для ученых становится кар тина разрушений сооружений при сильном землетрясении. Разру шения происходят не столько от горизонтальных сейсмических сил, как это считалось прежде и до сих пор записано в нормах проекти рования, сколько от гравитационных сил, т.е. от веса здания и вер тикальной составляющей землетрясения, действующей на соору жение, уже имеющее сейсмические повреждения и горизонтальные перемещения.

Достоинством трубобетонных колонн является их способность к сейсмическим горизонтальным перемещениям без разрушения, причем не только в упругой области, но и в пластическом состоя нии. При землетрясении такой дом, наподобие эластичного хлыста, может совершать значительные поперечные колебания, оставаясь невредимым. Такие каркасные системы можно использовать и в качестве сейсмоизоляции, располагая их в нижних частях зданий и сооружений.

Учитывая, что пока еще никто в мире не умеет делать краткос рочные прогнозы сильных землетрясений, единственный способ защитить население от сейсмических бедствий — это научиться встречать их во всеоружии. Строительство зданий и сооружений с каркасами из трубобетона — один из наиболее эффективных шагов на этом пути. Это подтверждается интенсивно наблюдающимся раз витием технологии трубобетона в Республике Казахстан, где в июне 2005 г. испытания в жилом комплексе Almaty Towers показали, что трубобетонные каркасы выдержали воздействия, соответствующие землетрясению в 8,7 балла. В настоящее время районе Manhattan Kazakhstan в г. Алматы по технологии трубобетона осуществляется проектирование и строительства жилья в объеме 2,9 млн. м2.

Сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями Конструкцию каркаса здания можно рассматривать как ансамбль колонн, перекрытий и соединительных элементов для сопряжения колонн с перекрытиями. Трубобетонные колонны изготавливаются и соединяются с перекрытиями непосредственно на строительной пло щадке, что ускоряет и упрощает монтаж, а также улучшает условия возведения сооружений, особенно высотных и большепролетных.

Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Российскими специалистами в дополнение к большому числу известных «стыков» разработаны различные варианты сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями, реализация которых позво ляют добиться ускорение монтажа корпусов зданий и сооружений — например, узловой элемент в виде трех соединенных основаниями пустотелых стальных цилиндров: верхнего, среднего и нижнего (Рис. 4). Верхний и нижний цилиндры элемента выполнены с диа метрами, согласованными с диаметрами сопрягаемых труб, а сред ний цилиндр с наружным диаметром 1,01–1,15 наружного диаметра нижней трубы выполнен с отверстиями, оси которых расположены на середине высоты боковой поверхности цилиндра для ввода го ризонтальных балок, выполненных, например, из прямоугольных пустотелых труб.

Рис. 4. Новый узел сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями По готовности каркаса производят омоноличивание высокоп рочным бетоном внутренних полостей труб до уровня нижнего ос нования верхнего цилиндра. После затвердевания бетона верхний цилиндр соединительных элементов сопрягают с новыми стальны ми трубами, при этом в верхний свободный конец труб вставляют узловые соединительные элементы следующего перекрытия, и так далее, до достижения требуемой высоты здания. По мере увеличе ния высоты конструкции, размеры поперечного сечения труб могут дискретно уменьшаться.

Приложения Использование в трубобетонных конструкциях узловых соедини тельных элементов позволяет снизить трудоемкость работ при возведе нии каркасов зданий, исключить необходимость соблюдения большой точности обрезки торцов стальных труб для обеспечения четкой сты ковки, существенно сократить сварочные работы, сроки возведения и стоимость каркаса, повысить его прочность и несущую способность.

Перекрытия. Новейшие подходы Несущие колонны из трубобетона предлагаются в сочетании с перекрытиями, а при необходимости и вертикальными стволами (шахтами) на основе преднапряженного железобетона, возводимого в построечных условиях натяжением несущих армирующих элемен тов «на бетон» без сцепления с бетоном по технологии, реализуемой на Западе уже более тридцати лет. По этой технологии (DYWIDAG, GTI), широко используемой в настоящее время в США, Канаде, Испании, ОАЭ и Германии, применяется новая система обеспече ния высокой несущей способности больших пролетов изгибаемых железобетонных конструкций. Так, в частности, компания General Technologies Inc. (США, г. Хьюстон), ежегодно поставляет комп лектные системы для производства покрытий из преднапряженно го бетона по данной технологии общей площадью 7 млн. м2. Такая технология позволяет, в частности, в высотном строительстве при строительстве перекрытий уйти от балочной системы, существенно усложняющей процесс возведения здания, обеспечивая при неболь шой толщине перекрытия его высокую несущую способность и воз можность эффективного варианта работы каркаса здания в ансамб ле: несущие колонны — перекрытия — фундамент.

Отличительными особенностями новой технологии являются эффективное использование металла (канатов и опорных пластин), бетона и пластмасс (вкладышей, защитных оболочек для металла, пустотелых элементов для систем натяжения). Разработано два ва рианта получения преднапряженных бетонов Первый вариант (unbond) заключается в армировании бетонных изделий стальными канатами, покрытыми непрерывной полимерной оболочкой (Рис. 5), так что после натяжения в затвердевшем бетоне трос остается в полимерной оболочке, которая изолирует бетон от воздействия стального каната при его натяжении, а затем в процессе эксплуатации от воздействия солей, электрических токов, способных вызывать коррозию стальных тросов и ослабление их напряжения.

Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Рис. 5. Элементы системы GTI преднапряжения бетона в варианте unbond Второй вариант (bond) по которому стальной канат, или пучок ка натов, помещается в полимерную гофрированную трубку цилинд рической или эллипсовидной формы (Рис. 6), размещенную в теле железобетонной конструкции. В таких трубках помещаются канаты, которые также напрягаются специальными устройствами-натяжи телями, после чего внутренняя часть полимерных трубок, занятая стальными канатами, заполняется специальным быстротвердею щим раствором. В этом случае также достигается полная изоляция напряженного металла от обменных процессов бетона с внешней средой, а тело изделий из бетона структурируется композициями из пучков канатов, омоноличенных быстротвердеющим высокопроч ным раствором.

Приложения Рис. 6. Система Bond для преднапряжения бетона фирмы GTI (г. Хьюстон, США).

Все тросы системы GTI перед заливкой бетона подпираются спе циальными пластмассовыми стульчиками, обеспечивающими в за висимости от высоты соответствующий горизонт натяжения арми рующих тросов в бетонном изделии.

Технология мирового уровня GTI применяется чрезвычайно эф фективно при строительстве несущих длинномерных оснований, перекрытий и оболочек, спортивных, торговых и культурных ком плексов, высотных зданий, мостов, гаражей, автострад и стоянок, давая экономию в металле, бетоне, облегчая вес зданий и сооруже ний, повышая их надежность, долговечность, снижая сроки и стои мость строительства (Рис. 7, 8).

Рис. 7. Армирование большепролетного основания в г. Торонто по технологии GTI Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Рис. 8. Мост Вудро Вильсона, построенный по технологии GTI В СССР система внешнего армирования была успешно примене на при строительстве Останкинской телебашни, пережившей благо даря ей недавний пожар.

Разработана нормативная база применения предварительно на пряженных железобетонных конструкций (СНиП 2.03.01-84*). Новые системы преднапряжения эффективно реализованы при строительстве большепролетных конструкций транспортной развязки в г. Москве на площади Гагарина, а также перекрытия парковки гипермаркетов IKEA в Москве и Екатеринбурге, и автомобильного гаража в Южном Бутове.

По мнению ведущего специалиста России в области армирова ния бетона, д.т.н. С.А. Мадатяна (НИИЖБ), «применение новой технологии позволяет сократить расход металла в 1,9–2,3 раза и сто имость 1 м2 перекрытия на $10–15;

при этом решается возможность свободной планировки и обеспечивается гарантия долговечности зданий, так как после любых — в том числе и аварийных — воздейс твий напрягаемая арматура может быть вынута и заменена без пов реждения сооружения».

3. Ограждающие конструкции зданий.

Проблемы и решения Российские строители до последнего времени не имели оптималь ных ограждающих конструкций даже для зданий средней этажности, и потому для высотного строительства этот элемент представляет собой одну из наиболее острых на сегодняшний день проблем.

Приложения Проектировщикам и строителям высотных зданий нужно учиты вать не только обеспечение устойчивости зданий, обладающих значи тельной массой и парусностью в условиях достаточно слабых грунтов, но и их эксплуатацию в сочетании с жесткими климатическими усло виями и ветровыми нагрузками, действию которых подвергаются пре жде всего ограждающие конструкции зданий. К этому можно добавить требования к индустриальности возведения, экологичности, безопас ности высотных зданий, а также их огнестойкости и долговечности.

Специалисты ЦНИИЭП жилищ (С.В. Николаев, Ю.Г. Граник, А.Н. Дмитриев), НИИСФ (Г.Л. Осипов, М.Ю. Матросов), НИИЖБ (Т.А. Мухамедов, А.С. Залесов, В.Н. Ярмаковский) и других органи заций вложили существующий в России опыт в первый нормативный документ для строительства высотных зданий (МГСН 4.19-05). Мож но было посочувствовать составителям указанных норм, вынужден ным разрабатывать руководство для проектировщиков и строителей в стране с почти уничтоженной строительной наукой, отсталыми техно логиями и механизмами, изношенным оборудованием предприятий стройиндустрии и недостатком высококачественных материалов.

При проектировании наружных стен зданий применяемые мате риалы и конструкции должны максимально соответствовать усло виям, приведенным на схеме (Рис. 9). Для строительства высотных зданий важнейшим является дополнительное требование индустри альности технологий возведения как несущих, так и ограждающих конструкций.

Ключевой проблемой возведения ограждающих конструкций всех зданий, строящихся в России, в связи с холодным климатом яв ляется теплоизоляция, соответствующая современным требованиям энергосбережения. В советский период проблема теплоизоляции жилых зданий решалась применением керамзитового гравия — на его основе производились керамзитобетонные панели в виде ограж дающих конструкций. Такие панели позволили возвести в СССР бо лее 80% объема массового жилья. Объем ежегодного производства керамзитового гравия достиг более 50 млн. м3, который производил ся более чем на 400 предприятиях страны.

Введение новых требований по энергосбережению в 1995 г. (По становление Минстроя России №18-81 от 11.08.1995 г.) вызвало мас совый отказ строителей от керамзитобетона, несмотря на то, что ке рамзитовый гравий (пенокерамика) является экологически идеаль ным и негорючим материалом, а современные технологии позволяют Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Потребительские свойства наружных стен Эстетико Безопасность Экономичность физиологические Архитектурно-эстетические Сан. гигиена и комфорт Пожарная безопасность Экологическая чистота Несущая способность Ремонтопригодность Минимальная масса Технологичность Долговечность Теплозащита Стоимость качества ность Рис. 9. Функциональная схема проектирования ограждающих конструкций здания.

Источник: А.С. Семченков, А.Е. Семечкин, Д.В. Литвиненко. «Комплексный подход к проектированию наружных стен». Материалы II Всероссийской кон ференции «Бетон и железобетон, пути развития», т. 4, Легкие и ячеистые бето ны, Москва, 2005, с. 213–222.

производить на существующих предприятиях керамзитовый гравий с объемной массой 200–250 кг/м3. Распространившиеся в последние годы полимерные теплоизоляционные материалы выгодно отлича ются, как и керамзитовый гравий, наличием закрытой пористости, формирующейся в процессе вспучивания жидких полимерных масс.

Именно воздух, заключенный в порах, является прекрасным тепло изолирующим материалом.

Начиная с середины 1990-х годов получили распространение раз личные виды так называемых ячеистых бетонов, характеризующиеся объемной массой в пределах 300–700 кг/м3. Теплоизоляционные ха рактеристики таких бетонов, к сожалению, существенно зависят от влажности атмосферы, так как способность их к активной абсорбции значительных объемов влаги из воздуха обуславливает заметное сни жение фактических теплоизоляционных свойств конструкций, а так Приложения же отрицательно влияет на долговечность стен. Ячеистый бетон был бы идеальным материалом для монолитного строения ограждающих конструкций, если бы такие бетоны имели закрытые поры и мень шую способность к водопоглощению, в том числе к сорбционному, и могли бы формироваться в построечных условиях с достаточной прочностью, поскольку только в этом случае возможно получение монолитных стен с минимальной неоднородностью.

Весьма заманчивым является формирование ограждающих стен, особенно в построечных условиях, из материалов, вспенивающихся в межпалубном пространстве при монолитном методе возведения ог раждающих конструкций. К сожалению, производство, в частности, пенобетонов с однородными стабильными свойствами в условиях строительной площадки является серьезной технологической про блемой и до последнего времени не удается ведущим строительным фирмам в связи с тем, что микроструктура ячеистого бетона и его технические характеристики зависят от большого числа факторов:

качества вяжущего элемента (обычно цемента), химических доба вок, температуры процесса, стабильности работы технологического оборудования. Более выгодно отличаются от рассмотренных мате риалов пенополистиролбетон и полистиролбетоны.

За рубежом при строительстве высотных зданий распространение получило применение ограждающих конструкций в виде навесных (на каркасы зданий) панелей двух типов — железобетонных, мно гослойных и стеклянных — из вакууммированных стеклопакетов в металлических рамах.

Основная часть высотных зданий за рубежом построена в райо нах с более теплым климатом и предназначается для служебных и общественных целей, в связи с чем стеклянные покрытия на фа садах таких зданий преобладают. В условиях Москвы остекленные ограждающие конструкции высотных зданий должны иметь сопро тивление теплопередаче не менее 0,56 (м2 0С/Вт) для окон и 0,65 для витрин, витражей и навесных светопрозрачных конструкций, что существенно ниже нормативных требований к наружным стенам.

В связи с этим, согласно проекту Московских строительных норм по «Многофункциональным высотным зданиям и комплексам» ве личина остекления фасадов зданий должна составлять не более 18%, в общественной части допускается до 25%.

Отечественные трехслойные бетонные панели большей частью имеют значительную массу и ограниченно применяются в настоящее Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве время отдельными крупными строительными фирмами («Крост», «Донстрой», «ПИК»), что связано с индивидуальностью видов пане лей и соответственно необходимостью новой оснастки для их изго товления практически для каждого нового высотного здания.


Идеология приготовления панелей практически едина: наруж ный слой выполняется из высокопрочного архитектурного бетона с повышенной выразительностью и долговечностью, промежуточ ный (теплоизоляционный) слой — из плитного утеплителя, а внут ренний слой также из железобетона с применением гибких связей конструктивных слоев в виде прутков из нержавеющей проволоки или базальтового волокна. Масса таких панелей, производимых в Москве, составляет: несущих — 700–800 кг/м2, навесных — 400– 500 кг/м2. Ограничения на применение в высотном строительстве железобетонных панелей связаны, кроме веса, с использованием в качестве плитного утеплителя пенополистирольных плит, не облада ющих достаточной долговечностью. Кроме того, опыт применения в Москве для строительства зданий железобетонных панелей показал, что практически все изделия, подвергнутые тепловой обработке по общепринятому регламенту на ЖБК и ДСК, содержат массу дефек тов в виде трещин, которые значительно снижают долговечность изделий и ставят под вопрос их применение при строительстве вы сотных зданий.

В развитых странах, в частности, в США в качестве ограждаю щих конструкций высотных зданий из железобетона применяются исключительно крупногабаритные (30–35 м2) навесные и несущие панели только из высокопрочных бетонов, твердеющих в нормаль ных условиях без тепловой обработки (Рис. 10).

Рис. 10. Производство крупногабаритных железобетонных панелей «Great Wall» (г. Филадельфия, США).

Приложения Выразительность таких панелей обеспечивается отделкой лице вого слоя под природный камень или под кирпич, либо же исполь зованием керамических крупноразмерных плит, омоноличенных бетоном наружного слоя панели. Строители Европы, США, Канады и Японии отказываются от недолговечных и вредных утеплителей, имеющих полимерную природу (пенополистирол, пенопласт) или включающие опасные связующие, переходя на пенокерамику в виде керамзитового гравия, зольного гравия, вспученных шлаков и по ристых стекол в объемах миллионов кубометров для производства легких бетонов, утепления и облегчения зданий.

В России, однако, все более широкое распространение получают ограждающие конструкции зданий, представляющие собой компози ции, составленные из несущих высокопрочных материалов (бетон, ке рамика) и теплоизоляционных слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности 0,10 Вт/(м °С) (минеральная вата, базальтовое волокно, пенопластовые плиты). Все существующие варианты произ водства ограждающих конструкций на строительной площадке предпо лагают многослойные оболочки, что существенно влияет на стоимость строительства. В результате доля затрат на возведение ограждающих конструкций в общей стоимости строительства значительно возросла.

Возведение первых высотных зданий по программе «Новое коль цо Москвы» реализовано в «сугубо российском» варианте: огражда ющая конструкция, например, первой высотки «Эдельвейс» выпол нена многослойной с несущей оболочкой из монолитного тяжелого железобетона. К этой «скорлупе» прикреплена теплоизоляция в виде плит, затем выложена кирпичная кладка, на которой смонтирован вентилируемый фасад с отделкой керамогранитом, закрепленном на специальных кронштейнах. Такие ограждающие конструкции неиндустриальны, материалоемки, тяжелы и требуют значитель ных затрат ручного труда, а суммарная их толщина составляет бо лее 800 мм. Более того, монтаж изоляционных плит типа Sturadur обычно предусматривает разбежку по швам и ступенчатые кромки для более плотной укладки плит в стык. Такая ювелирная работа по теплоизоляции, связанная с необходимостью исключения мостиков холода, требует весьма высокой квалификации исполнителя, а так же дополнительных затрат на крепежные дюбели.

В случае монолитных несущих оболочек из железобетона возрас тают проблемы с конденсацией в зимний период паров воды на бо лее холодных поверхностях бетона и увлажнением стен, что вызыва Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве ет необходимость устройства пароизоляции, а также обязательного принудительного проветривания помещений для воздухообмена, при котором теряется то самое тепло, ради экономии которого дела ется современная теплоизоляция ограждающих конструкций.

Высокая трудоемкость, стоимость и неиндустриальность такого типа работ во многом вызвали и наблюдающееся в Москве паде ние интереса инвесторов к строительству высотных зданий. Крайне важно также принимать во внимание традиционно неучитываемый строителями высоток нормативный срок службы теплоизоляцион ных слоев из пенопластов и минеральной ваты, составляющий по международным стандартам 10–15 лет, после чего необходима пол ная замена теплоизоляционного слоя. Существующий опыт эксплу атации зданий, построенных с такими теплоизоляционными слоя ми, показал, что по прошествии уже 10 лет происходит частичное оседание утеплителей, изменение структуры материалов и ухудше ние теплоизоляционных характеристик в 1,5–2 раза. Трудно пред ставить себе картину замены теплоизоляционных слоев в строящих ся высотках в Москве и других городах — как по трудозатратам, так и по необходимым для этого средствам.

На наш взгляд, радикальным путем снижения стоимости возведе ния ограждающих конструкций и, соответственно, стоимости строи тельства, является возврат к однослойным конструкциям стен и отказ от всех видов дорогостоящих, горючих, экологически вредных и не долговечных полимерсодержащих теплоизоляционных материалов.

Это особенно важно в связи с повышением требований по ог нестойкости, долговечности и экологической чистоте матери алов и конструкций для высотных зданий, тем более что новый СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита» открывает путь для возведения однослойных дешевых, долговечных и экологически чистых, не го рючих ограждающих конструкций с объемной массой 400–600 кг/м3, позволяет отказаться от неоправданно завышенных нормативных требований, радикально повлиявших в негативном плане на строи тельство ограждающих конструкций. Достаточно привести цифры по применению утеплителей в строительном комплексе России:

минеральные изделия — 65%;

стекловатные материалы — 8%;

пенополистирол и другие пенопласты — 22%;

ячеистые бетоны — 3%;

пенокерамика — 2%.

Приложения Негативно зарекомендовавшая себя основная часть «эффектив ных» полимерных и волокнистых утеплителей на рынке России поставляется из-за рубежа — в то время как весь мир развивает про изводство керамзитового гравия. К примеру, в Норвегии — стране, с климатом близким российскому, производится 0,4 м3 керамзитового гравия на человека в год, а в Российской Федерации — 0,07 м3. Стра ны Балтии и Швеция при этом активно ввозят керамический гравий из Белоруссии и России. Самая большая в мире промышленная база производства керамзитового гравия, насчитывающая сегодня поч ти 200 заводов, практически не используется, хотя может служить основой для строительства десятков миллионов квадратных метров жилья и выполнения важнейшего национального проекта.

Одним из лидеров новаторских разработок в данной сфере вы ступает ОАО «Московский ИМЭТ», в котором разработаны новые трехслойные панели естественного твердения (Рис. 11), отличающи еся небольшой массой (для навесных панелей — 380–420 кг/м2 и для несущих 400–500 кг/м2) и содержащие в качестве утеплителя моно литный средний слой толщиной 220–240 мм из материала, получен ного укладкой в массив зерен пенополистирола, капсулированных тонким (0,1–0,2 мм) слоем цементного молочка. В этом состоянии пенополистирол превращается в композит с объемной массой 120– 140 кг/м3, становится негорючим и долговечным.

Рис. 11. Трехслойная теплоизоляционная навесная панель нового типа Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве Внутренний слой панелей выполнен из легкого конструкционного бетона (М300, объемной массой 1400 кг/м3), а наружный слой — из ли того искусственного бетонного камня на основе механоактивирован ного цемента марки М600 толщиной 60–80 мм. Сопротивление тепло передаче панелей в пределах 3,5–4,0 (м2 °С)/Вт при толщине 400 мм.

Применение литого искусственного бетонного камня (ЛИК) в наружном слое панелей позволяет получать высокую архитектурную выразительность изделий с различным рельефным рисунком и ок раской (Рис. 12) за счет формовки лицевого слоя панели на полимер ных или резиновых матрицах «лицом вниз» на специально разрабо танном стенде, позволяющем получать крупногабаритные панели при нормальных температурах в условиях строительной площадки.

а) барельеф б) фрагмент поверхности Рис. 12. Фрагменты декоративной поверхности панелей Принципиально новую возможность индустриального возведе ния ограждающих конструкций с декоративными фасадами в виде несъемной опалубки предоставляет технология, заключающаяся в капсуляции цементным молочком керамзитового гравия и его ук ладке в межпалубное пространство, образованное несъемной опа лубкой, выполненной в виде скорлупы из архитектурного бетона или керамических плит. При этих ограждающих стена опирается на перекрытие, а ее толщина для климатических условий Москвы со ставляет 400–450 мм при объемной массе 450–550 кг/м3 и термиче ском сопротивлении (R0) в пределах 3,5–3,7 м2 0С/Вт, что полностью удовлетворяет требованиям по теплозащите наружных стен высо тных зданий по МГСН 4.19-05.

Приложения Рис. 13. Разрез оптимальных ограждающих стен для высотных и малоэтажных зданий.

а) для высотных зданий: 1 — декоративные крупноразмерные плиты из литого искусственного камня;

2 — монолитная стена из капсулированного керамзитового гравия;

3 — древесно-стружечная плита.

б) для малоэтажных зданий с облицовкой кирпичом: 1 — лицевой кирпич;

2 — монолитная стена из капсулированного керамзитового гравия;


3 — дере вянный брус несъемной опалубки из ЦСП;

4 — плита ЦСП.

Наиболее важные достоинства капсулированного керамзитового гравия — максимально эффективное использование легкого запол нителя непосредственно в ограждающей конструкции и низкая сор бционная способность (материал поглощает не более 1–1,5% влаги), хорошая паропроницаемость. Подобный материал имеет коэффи циент паропроницаемости 0,14–0,20 мг/мх чх Па (для справки: зна чения этого коэффициента для наиболее распространенных матери алов составляют: пенополистирол — 0,03—0,05, железобетон — 0,03, керамзитобетон — 0,09–0,14, кирпич обыкновенный глиняный — 0,11, кирпич керамический пустотелый — 0,14, бетон ячеистый (М 300) — 0,14–0,25 единицы).

Морозостойкость материала — не менее 50 циклов, огнестой кость — не менее 2 часов, он не горит и экологически чист, с те чением времени наблюдается карбонизация цементной оболочки материала стен, повышающая их прочность. Одним из главней ших свойств материала для строительства стен домов является Приложение № 3. Использование трубобетона в высотном строительстве воздухопроницаемость, определяющая комфортность жизни в по мещениях. Если бетон имеет сопротивление воздухопроницанию около 20000 м2чПа/кг, то капсулированный керамзитовый гравий по этому параметру соответствует известняку-ракушечнику с Rи~ 6–10 м2чПа/кг. Этим объясняется тот факт, что в домах со стенами из данного материала прекрасно дышится, сохраняется сухой мик роклимат, дерево в домах не гниет.

Важно отметить, что созданы не только материал и технология, но и оборудование, работающее в условиях строительных площадок, в том числе и на перекрытиях возводимых зданий. Основой его яв ляется рабочая камера, совершающая вращательно-колебательные движения таким образом, что при подаче в нее цементного молочка возникают интенсивные знакопеременные напряжения, формиру ющие в камере мелкокапельные вихревые потоки цементного рас твора. Движущиеся с ударно-колебательным сопряжением по спи ральным траекториям зерна керамзитового гравия дополнительно диспергируют, раскатывают и уплотняют тонкий слой (0,1 0,3 мм) цементного раствора на поверхности гранул. Значительная интен сивность колебательных воздействий позволяет получать бетонные смеси с высокой вязкостью при пониженном водопотреблении. Та кие бетоны за счет большой плотности склеивающего цементного раствора имеют высокую прочность, при этом цементный раствор создает скорлупу, увеличивающую прочность гранул заполнителя и бетонного монолита.

Новое оборудование непрерывного и цикличного действия для омоноличивания стен по технологии ОАО «Московский ИМЭТ» в условиях строительной площадки имеет массу 400–600 кг и высо кую производительность (от 2 до 5 м2/час стены, толщина которой соответствует требованиям СНиП). Оно позволяет непрерывно или циклично подавать керамзит и цементное молочко для капсуляции и последующей укладки по технологии монолита в межпалубное пространство на любых этажах высотных зданий.

Таким образом, наиболее перспективным в строительстве ограж дающих конструкций высотных и малоэтажных зданий в Москве представляются однослойные монолитные стены из легкого круп нопористого бетона на основе капсулированного керамзитового гравия. Для этого может быть использована российская технология и материал, не имеющие пока в мире аналогов, с уникальным обо Приложения рудованием, позволяющим индустриально и экономично возводить стены. При этом фасады зданий могут выполняться с высокой ар хитектурной выразительностью, за счет сочетания цвета и рельефа покрытий из архитектурного бетона или керамогранита — долго вечных, не требующих десятилетиями никакого ухода и ремонта в неблагоприятных климатических условиях эксплуатации. Результа том может стать существенная экономия бетона и металла для осу ществления строительства жилых и производственных помещений, радикальное (от 25 до 30%) снижение себестоимости работ и повы шение их качества.

Особо отметим, что внедрение подобной технологии не требует финансирования исследовательских работ или создания опытных образцов из средств Федерального бюджета РФ или Инвестицион ного фонда. Важнейшими предпосылками для того, чтобы отечест венные строительные организации проявили интерес к данной тех нологии, мы считаем принятие следующих мер:

1) Законодательное запрещение панельного строительства жилых зданий (выше 12 этажей — с 1 января 2011 г., выше 9 этажей — с 1 ян варя 2013 г., всех остальных — с 1 января 2015 г.) 2) Разработку технического регламента по строительству мас сового жилья (дома этажностью от 9 до 25 этажей) с ограничением удельных затрат основных материалов на 1 м2 возведенной площади в пределах:

с 1 января 2011 г. — бетона: 0,7 м3, металла: 75 кг.

с 1 января 2013 г. — бетона: 0,6 м3, металла: 65 кг.

с 1 января 2015 г. — бетона: 0,5 м3, металла: 50 кг.

3) Разработку технического регламента, согласно которому ог раждающие конструкции зданий с 1 января 2013 г. должны быть не горючими и однослойными, с удельной массой не более 400 кг/м возведенной площади, с 1 января 2015 г. этот показатель может быть снижен до 320 кг/м2.

В качестве дополнительных мер могут быть установлены предель ные сроки возведения «коробок» зданий и расчетная себестоимость одного квадратного метра возведенной площади. Эти показатели могут быть неизменными в течение 3–5 лет и не обязательно долж ны пересматриваться в сторону ужесточения.

Приложение № 4. Новые технологии в строительстве железных дорог 1. Введение Отечественный и зарубежный опыт конструирования и эксплу атации железнодорожного пути свидетельствует, что требования к малообслуживаемой конструкции должны базироваться на совре менных понятиях обеспечения ее прочности и надежности. Достиг нутые успехи в этом направлении обусловлены реализацией в основ ном экстенсивных методов (увеличения погонной массы рельсов, густоты расположения шпал и толщины слоя щебня под шпалами).

Так называемая разовая прочность пути с рельсами Р65 и эпюрой шпал 1840–2000 штук на 1 км, оцениваемая сравнением действу ющих напряжений в несущих его элементах (при существующих осевых нагрузках) с пределом их прочности (временным сопротив лением), к 1988 г. достигла на железных дорогах Советского Союза как минимум десятикратного запаса и стала самой высокой в мире.

Средняя погонная масса рельсов, лежащих в главном пути железных дорог России, сейчас уже больше, чем на железных дорогах США и Канады, где максимальные осевые нагрузки и вес грузовых поездов примерно в 1,5 раза выше.

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует, что уве личение погонной массы рельсов сверх 65 кг/м нецелесообразно.

Нет возможности и увеличения густоты расположения шпал сверх 2000 шт./км. Толщина слоя щебня под шпалами на основных магис тралях железных дорог России уже достигла 1 метра и более. Доля протяжения главного пути с рельсами Р65 и Р75 превысила 94%.

Доля протяжения главного пути с эпюрой шпал менее 1840 шт./км составляет менее 5% (на малодеятельных участках). Перспективны ми остаются лишь интенсивные методы дальнейшего повышения надежности пути за счет улучшения его конструкции.

Анализ численных значений и (Табл. 1) показывает, что надежность пути дорог сети в целом повышена с 1950 по 1988 г.

более чем в 23 раза, несмотря на увеличение за указанный период нагрузок.

Таблица Ретроспектива показателей надежности пути Средние значения для главных путей сети Масса Число Отказы Грузонапряжен- Средняя нара- Параметр по Год рельса q, шпал М рельсов N, ность Г, млн. т, ботка на отказ, тока отказов, Приложения кг/м шт./км шт/км брутто/км в год млн. т брутто/шт шт/млн. т брутто 1950 38,4 1599 5,98 8,5 1,4 0, 1960 45,6 1684 2,52 18,9 7,5 0, 1970 52,3 1795 1,17 29,0 24,8 0, 1980 57,9 1824 1,23 35,7 29,1 0, 1985 60,6 1831 1,23 37,2 30,2 0, 1986 61,3 1832 1,22 38,1 31,2 0, 1987 61,5 1834 1,21 38,0 31,4 0, 1988 61,7 1837 1,18 38,6 32,7 0, 1989 61,8 1838 1,08 38,1 35,3 0, 1990 62,8 1839 1,04 38,2 36,7 0, 1991 63,0 1840 1,00 38,2 38,2 0, 1992 63,2 1842 0,86 33,0 38,4 0, 1993 63,4 1844 0,93 27,9 30,3 0, 1994 63,5 1845 0,99 21,6 21,8 0, 1995 63,6 1846 1,25 20,7 16,6 0, 1996 63,7 1848 1,17 19,3 16,5 0, 1997 63,9 1851 0,91 18,6 20,4 0, 1998 63,9 1877 0,83 18,5 22,3 0, 1999 64,1 1963 0,86 20,1 23,4 0, 2000 64,4 1968 0,71 20,5 29,3 0, 2002 64,5 1971 0,88 24,6 28,0 0, Приложение № 4. Новые технологии в строительстве железных дорог Особенно интенсивное повышение надежности пути на дорогах России происходило с 1987 по 1991 г. Начиная с 1992 г. заметно ее резкое уменьшение. В 1996 г. надежность пути по основному ее по казателю снизилась до уровня 1962 г., хотя в указанное время гру зонапряженность уменьшилась, а средние значения погонной массы рельсов q и густоты расположения шпал М увеличивались. Обуслов лено это вспышкой отказов рельсов из-за бокового износа в кривых.

Быстрое повышение надежности пути на дорогах сети экстен сивными методами происходило в 1950–1960-х годах. Начиная с 1975 г. оно замедлилось, несмотря на дальнейшее увеличение погон ной массы рельсов и внедрение термообработки, рост числа шпал на 1 км и прекращение роста грузонапряженности. Обусловлено это начавшимся в 1976 г. ростом нагрузок от колесной пары на рельсы за счет увеличения допускаемой загрузки вагонов с 200 кН/ось в 1985 г.

до 230 кН/ось в 1987 г. и до 250 кН/ось в 1990 г.

Использование экстенсивных методов повышения надежнос ти пути близко к своему исчерпанию. Увеличивать частоту укладки шпал и толщину слоя щебня под шпалами на грузонапряженных эксплуатируемых линиях больше нельзя. О низкой эффективно сти дальнейшего повышения погонной массы рельсов свыше типов Р65 и Р75 свидетельствует изменение доли их одиночных отказов по контактно-усталостным дефектам. По сравнению с 1950 г. при q=38,4 кг/м она возросла для всех типов до 45%, в том числе для рельсов Р65 — до 52%, а для Р75 — до 64%.

Вместе с тем путь со шпалами из любого материала характеризу ется наличием множества отдельных подрельсовых опор, равножест кость которых невозможно обеспечить, и загрязняемостью балласт ного слоя, не прикрытого от попадания засорителей. В связи с необ ходимостью периодически восстанавливать дренирующие свойства балласта, производить выправочные работы, своевременно заменять вышедшие детали и элементы верхнего строения требуется система тически ремонтировать путь и выполнять работы по текущему содер жанию. На линиях с высокой грузонапряженностью объем такого рода работ существенно увеличивается, а производительность труда резко снижается из-за высокой интенсивности движения поездов.

2. Постановка проблемы В ближайшей перспективе растущие грузопотоки приведут к уве личению массы грузовых поездов до 8000–10000 т и более. Нагрузка, Приложения не превышающая у четырехосных вагонов 62 кН/м, у восьмиосных достигает 82 кН/м, а с переходом на увеличенные габариты Тпр и Т — 100–120 кН/м. Поэтому очень важно обеспечить распределенную передачу этих нагрузок на основную площадку.

Использование предварительно напряженного железобетона позволяет не только получить шпалу из нового материала, но и осу ществить принципиальные качественные изменения в устройстве верхнего строения пути на основе крупноблочных элементов под рельсового основания.

Блочные опоры позволят оптимально распределять на основную площадку земляного полотна непрерывно растущие погонные на грузки от грузовых поездов. Осуществление этой идеи позволит по высить провозную способность линии за счет увеличения погонных нагрузок до 100–120 кН/м. Не меньшее значение будут иметь блоки и при высокоскоростном движении, так как появляется возмож ность в течение длительного времени содержать путь в узких преде лах геометрических размеров и механических свойств.

Эксплуатация опытных участков доказала жизненность без шпальной конструкции железнодорожного пути. Положительным в работе таких конструкций является ограничение изгибных напря жений в рельсах, повышение стабильности пути в плане и профиле.

С этих позиций железобетонные конструкции подрельсовых опор можно разделить на принципиально различные группы:

— конструкции небольшого протяжения вдоль пути, не способ ные работать на изгиб в этом направлении (железобетонные шпалы различных типов);

— конструкции, имеющие достаточно большую длину вдоль пути (более 1,5–2 м), воспринимающие значительную долю изгибающих моментов;

— сплошные монолитные конструкции на неподатливом осно вании;

— конструкции на эстакадах без балласта и шпал (железобетон ные плиты, рамы, лежни).

Использование предварительно напряженного железобетона поз воляет распределять на основную площадку земляного полотна не прерывно растущие погонные нагрузки от грузовых поездов и полу чить мощную конструкцию пути, весьма незначительно накаплива ющую остаточные деформации, необходимая упругость которой со здается за счет резиновых амортизаторов, вводимых в подрельсовые Приложение № 4. Новые технологии в строительстве железных дорог сечения и зазоры между блоками. Замена шпал блоками позволяет повысить стабильность рельсовой колеи в плане и профиле, снизить степень неравножесткости подрельсового основания и улучшить ус ловия защиты балластной призмы от внешнего засорения.

В традиционно применяемом блочном подрельсовом основании слабым местом являются стыки блоков, где накапливаются большие остаточные деформации балласта вследствие больших прогибов кон цов рам и плит. При плитном основании достигается максимальное развитие опорных площадей, что позволяет радикально уменьшить напряжение в балластном слое и земельном полотне, намного сни зить интенсивность накопления в них остаточных деформаций;

при этом балластная призма максимально защищается от засорения.

В Табл. 2 приводится типичный перечень работ по текущему со держанию одного километра пути в прямой на монолитном основа нии с рельсами типа Р50, пружинным скреплением Д 4 и пути анало гичной конструкции на железобетонных шпалах и щебеночном ос новании с соответствующими эксплуатационными трудозатратами.

Как видно из приведенной таблицы, на пути с монолитным осно ванием затраты труда на работы по текущему содержанию уменьша ются почти в 2 раза.

За рубежом блочные основания применяются для высокоскорост ных железнодорожных линий. При создании путей на железобетон ных подрельсовых основаниях в качестве первой необходимости, как правило, исключают балластный слой, как наименее стабиль ный элемент верхнего строения пути. Такой подход наблюдается на всех опытных конструкциях и эксплуатируемых участках прежде всего тоннелей, эстакад и мостов.

Так, в Японии в пределах тоннелей, эстакад и мостов скоростных железных дорог применяется считающееся наиболее надежным многослойное основание, в котором нижнюю, обычно бетонную, плиту, укладывают на предварительно уплотненную и усиленную специальными составами основную площадку земляного полотна.

На этой нижней плите с зазором до 50 мм размещают предваритель но напряженные железобетонные плиты и на них рельсовые скреп ления и плети бесстыкового пути. Между нижней и верхней плитой нагнетают специально приготовленный цементно-битумный рас твор, сохраняющий после твердения достаточную упругость. В от личие от зарубежных железных дорог, в России предусматривается сохранение балластных слоев во всех случаях.

Таблица Сравнительные затраты труда при монолитном и шпальном подрельсовых основаниях Приложения Затраты труда1 на 1 км пути в год, человеко-дни Наименование работ При монолитном основании При железобетонных шпалах Подбивка пути электрошпало — подбойками Выправка укладкой прокладок 77 Рихтовка пути 48 Перешивка колеи 60 Ремонт и замена металлических 28 частей Ремонт подрельсового основания 22 Другие виды работ 37 Итого за год 272 Средние значения за ряд лет;

грузонапряженность 50 млн. ткм/км в год для обоих участков.

Приложение № 4. Новые технологии в строительстве железных дорог Опыт эксплуатации показал, что текущее содержание пути на же лезобетонных блоках существенно отличается от пути на шпальных опорах. Прежде всего на пути с блочным подрельсовым основанием в 2–3 раза уменьшаются работы по выправке пути в плане и профи ле. Эти работы составляют большую часть общего объема работ по текущему содержанию пути на блоках.

Эксплуатационные испытания опытных участков пути с блочны ми подрельсовыми основаниями в условиях высокой грузонапря женности и интенсивной засоряемости сыпучими грузами показы вают, что путь на железобетонных блоках обладает высокой стабиль ностью. Не менее важный показатель эффективности — срок служ бы и пропускаемый блоками тоннаж грузов брутто до их изъятия из пути. Этот показатель для блоков весьма высок, например, уложен ные в путь на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ железобетон ные плиты пропустили 1,5 млрд. т грузов брутто и возможности их еще не были исчерпаны. Заметим: 1,5 млрд. т — это тройная норма межремонтного тоннажа для рельсов типа Р65.

В тоннелях, на мостах и пассажирских станциях, где укладка и содержание пути на балласте затруднительны, стали устраивать путь с непосредственным прикреплением рельсов к бетонному ос нованию (на грузовых линиях путь такой конструкции применяют редко). В последние годы стоимость укладки и содержания пути с непосредственным прикреплением рельсов снизилась до уровня, при котором он может конкурировать с обычным путем на балласте.

Путь на бетонном основании практически не требует периодичес кой выправки и рихтовки, что свойственно балластному пути. Для этой конструкции разработаны скрепления, которые могут, подобно балласту, выполнять амортизирующие функции, снижать уровень шума, уменьшать износ рельсов и колес, выдерживать высокие осе вые нагрузки.

Развитие технологии монолитного и сборного пред- и постна пряженного железобетона позволило реализовать строительство большепролетных (до 500 м) конструкций, мостов и эстакад, кото рые стали широко распространяться в США, Европе, Японии, КНР и других странах (Рис. 1).

В настоящее время как в России, так и во всем мире дальнешее повышение надежности железнодорожных путей со шпальным ос нованием крайне маловероятно. Мы находимся здесь у предела воз можного.

Приложения Рис. 1. Строительство из сборных элементов большепролетного основания скоростной железной дороги в г. Ванкувер (Канада) В условиях возрастания объемов перевозок и скоростей движе ния поездов в последние десятилетия стремление к повышению на дежности железнодорожных путей в отечественной и зарубежной практике осуществлялось по направлениям:

— повышения изгибной жесткости рельсов путем увеличения по гонной массы рельсов;

— повышения жесткости рельсового основания путем увеличе ния густоты расположения шпал;

— повышения жесткости балласта путем увеличения толщины балластного слоя щебня под шпалами.

Однако в настоящее время укрепилось мнение о том, что даль нейшее увеличение погонной массы рельсов свыше 65 кг/м нецеле сообразно: с 1950 по 2000 г. масса рельса в России была повышена с 38,4 до 64,4 кг/м. О низкой эффективности дальнейшего повышения погонной массы рельсов типа Р65 и Р75 свидетельствует доля их от казов по контактно-усталостным дефектам, которая по сравнению с 1950 г. для рельсов с q=38,4 кг/м возросла для всех типов в 2000 г. до 45%, а для рельсов Р75 — до 64%. Густота укладки шпал уже достиг ла 1840–2000 шт/км, что существенно удорожает как строительство новых, так и ремонт старых путей. Толщина щебеночного балласта Приложение № 4. Новые технологии в строительстве железных дорог на отечественных дорогах превысила 1 м. В то же время наблюда ющееся во всем мире увеличение скоростей и осевых нагрузок при железобетонных шпальных основаниях намного повысило вибра цию пути и понизило сопротивление вибрации всех его элементов, ухудшило условия работы балластной призмы и земляного полотна.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.