10914

230

где NI - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН; Np - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН; Fd - несущая способность грунта основания одиночной сваи; γo =1,0 - коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов; γn=1,15 - коэффициент надежности по назначению для сооружения II уровня ответственности; γk=1,4 - коэффициент надежности по грунту.

а)

б)

Рис. 4. Расчетные схемы к определению несущей способности по грунту буронабивных свай длиной 2 м и 3 м по данным вскрышных работ в шурфах №1 (а) и №2 (б)

231

С учетом перечисленных выше условий расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, определяется как:

Nр=0,621·Fd.

Несущая способность буронабивной сваи диаметром 250-300 мм, длиной 2,0 м (принятым по обмерам, выполненным в шурфе №1), определялась по формуле, п.7.2.6 [1]:

где γc=1,0 - коэффициент условий работы сваи в грунте; γcR=1,0 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; R=119,91 кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по п.7.2.7 [1]; A=0,06 м2 - площадь опирания сваи на грунт, равная площади поперечного сечения сваи; u=0,86 м - периметр поперечного сечения ствола сваи; γcf=0,7 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи (табл.7.6 [1]); fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, принимаемое по таблице 7.3 [1], кПа; hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

В результате выполненного расчета было определено, что несущая способность фактически выполненных буронабивных 2-метровых свай равна:

Fd=1,0·(1,0·119,91·0,06+0,7 ·0,86·(0,58∙35+0,445∙23))= 25,58 кН.

Расчетная нагрузка, допускаемая на 2-метровую буронабивную сваю, равна:

Np =0,621·25,58= 15,89 кН.

Расчетная нагрузка от собственного веса выполненного фундамента (веса ростверков, буронабивных свай и фундаментной плиты), передающаяся на сваи, равна:

∑NI = 1730 кН.

Расчетная нагрузка, допускаемая на 59 вскрытых шурфами 2-метровых буронабивных свай:

∑Np = 937 кН.

Так как ∑NI = 1730 кН > ∑Np = 937 кН, 2-метровые сваи не выдерживают нагрузку от собственного веса фундаментных конструкций.

Заполнением воздушного зазора (полости) между фундаментной плитой и насыпью цементно-песчаным раствором можно обеспечить опирание фундаментной плиты весом 1037 кН на насыпное песчаное основание. В этом случае расчетная нагрузка от собственного веса ростверков и буронабивных свай не превысит несущей способности буронабивных свай:

∑Np = 693 кН < ∑NI = 937 кН.

232

Таким образом, несущая способность 59 свай достаточна лишь для восприятия нагрузки от собственного веса свай и ростверков.

Таблица 1 Сравнение несущей способности сваи длиной 2 м и 3 м по грунту, вскрытому шурфом №1

Примечания: 1) длина сваи, равная 2,0 м принята по результатам обследований; 2) длина сваи, равная 3,0 м принята по заявлению производителя СМР

Результаты выполненных обследований, а также результаты поверочных расчетов, послужили основанием для следующих выводов и рекомендаций:

1.Несущей способности свайного фундамента недостаточно для восприятия нагрузок от собственного веса фундаментных конструкций.

2.Увеличение нагрузок на выполненный свайный фундамент за счет возведения надземной части недопустимо, что неизбежно приведет к деформациям и разрушениям фундаментных и строительных конструкций надземной части дома [2].

3.Строительно-монтажные работы по возведению надземной части дома необходимо приостановить вплоть до разработки проектных решений по усилению фундаментов [3].

4.Выполненный фундамент целесообразно сохранить и использовать в качестве силовой конструкции пола 1-го этажа при условии, что полость между фундаментной плитой и песчаной насыпью будет заполнена цементно-песчаным раствором марки М5.

Список литературы

1.СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты : утв. приказом М-ва регионального развития Рос. Федерации от 27.12.2010 : ввод в д. 20.05.2011. – Москва: [б. и.], 2014. – 90 с. – (Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85).

2.Григорьев, Ю.С. Деформации 2-этажного здания таунхауса в строящемся микрогороде в Нижегородской области/ Ю.С. Григорьев, В.В. Фатеев // VII Всероссийский фестиваль науки : сб. докл. – Н. Новгород, 2017. –

С. 339-343.

3.Григорьев, Ю.С. Реконструкция фундаментов деформирующегося двухэтажного таунхауса / Ю. С. Григорьев, В.В. Фатеев // Тр. науч. конф. 16-го Российского архитектурно-строительного форума. – Н. Новгород, 2018. – С. 1013.

233

УДК 624.074

Ю.Н. Гусева

Применение структурных покрытий в условиях исторической городской застройки на примере ул. Рождественской

Города – это сложные планировочные образования, поэтому их развитие охватывает не только незастроенные, пустующие территории в административных границах города, но и центральные плотно застроенные исторические районы. Историческая часть города – это его лицо, визитная карточка. Не случайно архитекторы стараются сохранить историческую застройку. Но старинные здания, построенные более ста лет назад, со временем разрушаются, теряют свой первоначальный облик. За время эксплуатации они неоднократно подвергались переделкам и перестройкам, но все равно сохранили дух исторической эпохи.

Реконструкция зданий и сооружений в зависимости от поставленных задач связана с необходимостью увеличения полезных площадей, этажности, высоты этажей, повышения несущей способности и жесткости существующих несущих конструкций, замены фасадных материалов.

Особое место в исторической застройке городов занимают здания, образующие замкнутые внутренние территории – дворики. С середины XIX века в исторических зданиях с внутренними двориками для увеличения полезных площадей применяют светопрозрачные кровельные конструкции. При проектировании и устройстве таких конструкций возникает множество задач, решение которых остается индивидуальным для каждого здания. В связи с этим актуальным является вопрос разработки эффективных конструктивных решений светопрозрачных конструкций кровли, с целью рационального использования пространства, не нарушающих при этом исторического облика объектов.

Рождественская улица в Нижнем Новгороде – древнейшая и красивейшая улица, на которой сохранено множество красивых каменных домов, история которых начинается с середины XVII века. В настоящей работе сделана попытка на примере реконструкции дома № 29 на улице Рождественской в Нижнем Новгороде решить максимально эффективно вышеперечисленные задачи (рис. 1).

Для эффективного использования внутренней дворовой территории, примыкающей к дому № 29, предлагается использовать структурное покрытие из светопрозрачных конструкций. Функциональное назначение таких пространств чрезвычайно многообразно: торговые галереи, выставочные павильоны, музеи, конференц-залы, музыкальные и спортивные залы, залы для презентаций и лекций.

234

Рис. 1 Фотофиксация здания № 29, ул. Рождественская

В условиях существующей застройки (рис. 2) предлагается использование самонесущих конструкций атриума (с возведением колонн по внутреннему периметру двора) с применением структурного покрытия.

Рис. 2. Проектируемое светопрозрачное покрытие в исторической городской застройке

235

Структурные покрытия – это пространственные конструкции поэлементной сборки, т.е. конструкции, в основе которых лежат или один стержень, или стержень и узловой соединительный элемент.

В отличие от существующих конструктивных схем, которые основаны на унификации крупных строительных конструкций (колонны, балки, фермы, ригели), объектом типизации в данных конструкциях являются стержень и узловой элемент, которые оптимизированы по массе, несущей способности и типизированы по геометрическим размерам исходных элементов (стержней, узловых элементов, соединений).

Основа любой структуры – «кристалл», образованный стержнями, расположенными на его гранях. Формирование таких кристаллов может быть выполнено в виде пирамид (тетраэдров и полуоктаэдров), параллелепипедов и другие многогранников (рис. 3 а, б).

Пространственные конструкции с регулярной структурой проектируют по принципу многосвязанности (рис.3, в), что дает большое количество преимуществ по сравнению с известными типовыми конструкциями, состоящими из стропильных и подстропильных ферм, а также прогонов.

Рис. 3. Пространственные каркасы на основе: а – тетраэдра; б – октаэдра; в – общий вид пространственных систем регулярной структуры

В этой системе материал конструкций распределяется равномерно по площади покрытия. При действии на систему подвижных и неравномерно приложенных нагрузок включается в работу большое число стержней и это позволяет создавать легкие конструкции покрытий. Одним из главных преимуществ конструкций данного типа является их повышенная надежность, обусловленная многократной статической неопределимостью. Благодаря возможности перераспределения усилий после выхода из строя или перехода в пластическую стадию деформирования отдельных перегруженных элементов, конструкция не утрачивает повышенную жесткость.

Регулярность структуры таких конструкций определяется повторяемостью

236

высокомеханизированное заводское производство, позволяющее существенно снизить удельные трудозатраты на изготовление. К недостаткам структурных покрытий следует отнести наличие большого числа стержней и узлов, что увеличивает трудоемкость сборки конструкции.

Наибольшее распространение в строительстве получила система немецкой фирмы «Меро», предложившей пространственные стержневые покрытия «кристаллического» строения для зданий военного назначения. Позднее эти системы стали применяться в гражданском строительстве. В российской практике эта система была модифицирована и улучшена В.К. Файбишенко и другими инженерами и стала называться «Система МАрхИ» [1].

Узловое соединение системы «Меро» (МАрхИ) состоит из литого сферического или полусферического, либо из многогранного элементаконнектора с высверленными в нем отверстиями с резьбой под болты по числу примыкающих к коннектору стержней (рис. 5). Стержни этой системы обладают высокой компенсационной способностью (возможностью сборки независимо от неточности изготовления стержней), что существенно облегчает сборку.

Рис. 5. Узловое соединение «Меро»: а, б – общий вид узла, узловой элемент и детали стержня системы «Меро»; в, г – детали трубчатых элементов в соединениях систем «Веймар» и «МАрхИ»; 1 – отверстие с внутренней резьбой; 2 – болт; 3 – поводковая гайка; 4

– монтажное отверстие; 5 – труба; 6 – оголовок трубы; 7 – ведущий палец; 8 – фиксатор; 9 – шайба; 10 – штифт; 11 – прорезь в гайке

Опирание структурных покрытий возможно как по его наружному периметру, так и с использованием промежуточных опор в пролете покрытия, что позволяет разгрузить сетчатые конструкции в центральной зоне. При этом нужно иметь в виду, что опирание непосредственно на стойки или другие опорные конструкции в малом числе точек опирания вызывает значительные усилия в стержнях, примыкающих к опоре. Для того, чтобы исключить значительную концентрацию усилий в приопорных стержнях, используют разгружающие конструкции в виде пучков стержней, пространственных стержневых опор или балочных элементов (рис.6).

237

Рис. 6. Вид опорных узлов с разгружающими элементами: а – обычные колонны и колонны с решетчатыми капителями; б – колонны с жесткими капителями;

в – пространственно-стержневые опоры

Главным достоинством структурных конструкций является возможность создавать различные композиции пространственных каркасов на разных по форме и размерам планах, с использованием ограниченного набора унифицированных стержневых и узловых элементов полной заводской готовности. Основной областью применения структурных пространственных конструкций являются сложные по форме большепролетные пространственные покрытия общественных и промышленных зданий, в случаях, когда другие конструкции неприемлемы или неэкономичны. Несомненно, что применение структурных покрытий имеет широкую перспективу для развития и применения в будущем.

Список литературы

1.Михайлов, В.В. Пространственные стержневые конструкции покрытий (структуры) : учеб. пособие / В.В. Михайлов, М.С. Сергеев. – Владимир: изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. – 56 с.

2.Файбишенко, В.К. Металлические конструкции: Учебное пособие для вузов.-М:Стройиздат, 1984. – 336с., ил.

3.Файбишенко, В.К. Исследование деформативности сетчатого цилиндрического свода с подкрепляющими стержнями / В.К. Файбишенко, Ю.В. Новиков // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура.

–1981. – № 10.

4.ТУ 8521-001-03989661-03. Технические условия. Стержни и узловые элементы системы МАРХИ. ОАО «Экспостроймаш». – М., 2003.

238

УДК 628.12(470.341-25)

К.В. Зобов

О процессах озонирования воды на Слудинской водопроводной станции

Озон (O3) – газ голубоватого или бледно-фиолетового цвета, самопроизвольно распадающийся на воздухе и в водном растворе, превращаясь в обычный кислород (О2).

Растворимость озона в воде в несколько раз выше, чем у кислорода и достигает 10-кратной величины. Озон растворяется в воде, различных водных растворах, хлороформе, ацетоне, эфире, фреонах и др., используется в виде озонированного растворителя.

При растворении в воде озон переходит из газообразной фазы в жидкую, что соответствует теории абсорбции по закону Генри. Коэффициент растворимости озона в воде R при 0оС составляет 0,49, при 20оС – 20 = 0,29.

Основное назначение озонирования – это очистка речной воды за счет окисления различных специфических загрязнений, таких как фенолы, нефтепродукты, ПАВ, амины.

В настоящее время озонирование воды достаточно широко применяется на станциях водоподготовки.

Озон мощный окислитель, изменяет поверхностный заряд частиц и способствует интенсификации процесса коагуляции осветления, также разлагает за счет окисления вещества антропогенного происхождения и обеззараживает воду. Все эти три направления актуальны для водоподготовки в Нижнем Новгороде.

В список городов, технологический процесс водоподготовки которых включает в себя озонирование воды, входят: Нижний Новгород, СанктПетербург, Москва, Волгоград и другие.

Слудинская водопроводная станция снабжает питьевой водой часть Нижнего Новгорода по правому берегу р. Ока, которая является источником водоснабжения города.

Озон вводится в начале технологической схемы перед подачей воды на смеситель. Для получения озона используется кислород, который позволяет увеличить выход озона, по сравнению с использованием воздуха.

Производство кислорода на Слудинской водопроводной станции организовано из воздуха на установке адсорбентного разделения фирмы «Air Sep» (США).

Поступающий в озоногенератор кислород, под действием тихого высоковольтного разряда напряжением 3,6 кВт и частотой 1000 Гц, частично ионизируется в озон (до 10%). Озоногенератор фирмы «Озония» (Швейцария) позволяет получить до 40 кг/ч озона. При нормальной работе потребление электроэнергии до 300 кВт/ч.

Озонирование речной воды происходит в контактной камере – бетонном резервуаре объемом 1500 м3, в которую подается вода с Насосной станции I подъема (из реки) до 5200 м3/час и озоно-кислородная газовая смесь.

239

Для растворения и перемешивания озона в воде используется подготовительная система, состоящая из радиальных диффузоров и эжекторов, после которой водо-озоновая смесь впрыскивается через калиброванную щель (4,5 мм) в падающий поток речной воды.

Контакт озона с водой составляет 15 минут, данная продолжительность в ограниченном объеме контактной камеры добивается за счет поперечных и продольных полупереборок. Часть озона, не растворившегося в воде, отсасывается вентилятором в дегазатор, где под действием высокой температуры (330 - 3800 С) озон распадается и выбрасывается в атмосферу.

Во избежание попадания избыточного озона, растворенного в воде, на очистные сооружения водопроводной станции, существует система нейтрализации озона сернистым ангидридом, который подается в воду на выходе ее из контактной камеры.

Расчет количества сернистого ангидрида, необходимого для нейтрализации, производится автоматически центральным процессором (компьютером) цеха.

Вконтактной камере ведется постоянный контроль об остаточном количестве, растворенного в воде озона с помощью газоанализаторов и оборудования фирмы «Depolox» (в четырех точках).

Врезультате процесса озонирования воды на Слудинской водопроводной станции были выявлены следующие преимущества и недостатки данного метода.

Недостатки:

– высокий расход электроэнергии;

– возможность образования побочных продуктов;

– увеличение содержания ассимилируемого органического углерода, который играет важную роль в развитии биопленки в сетях;

– не эффективная система распределения и перемешивания озона в воде, используется подготовительная система, состоящая из радиальных диффузоров

иэжекторов, после которой водо-озоновая смесь впрыскивается через калиброванную щель (4,5 мм) в падающий поток речной воды;

– не высокая эффективность очистки воды;

– не надежное обеззараживание на этапе предварительной обработки; Преимущества:

– возможность окисления ряда органических соединений.

Список литературы

1.Васильев, Л.А. Использование озона в технологиях обработки природных вод : учеб. пособие / Л.А. Васильев. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2005.

–182 с.

2.Современные технологии подготовки питьевой воды на Слудинской водопроводной станции Нижнего Новгорода / А.А. Павлов, Ч.А. Дзиминскас, С.В. Костюченко, С.Г. Зайцева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010.

–№ 1. – С. 10-16.