Комплексный процесс возведения монолитных высотных зданий и сооружений башенного типа из железобетона на основе скользящей опалубки

dwgformat

2 года назад

Муря В. А. Комплексный процесс возведения монолитных высотных зданий и сооружений башенного типа из железобетона на основе скользящей опалубки / Строительное производство № 2’2021

Введение

Высотные монолитные здания и сооружения из железобетона отличаются высокими эксплуатационными характеристиками — в первую очередь, повышенной жесткостью несущей оболочки и трещиностойкостью наружной поверхности. Этот способ строительства широко используется при выполнении работ в сейсмических зонах при возведении строительных объектов, когда требуется их повышенная прочность [1]. К последним относятся, например, дымоходы, градирни, телевизионные башни и многие другие (рисунок 1).

Рис. 1. Высотные железобетонные конструкции башенного типа. а — решетчатая: б — сетчатая: в — цилиндрическая башня-оболочка; г — коническая башня-оболочка; д — башня с оттяжками

Часто возведение зданий и сооружений требуется в кратчайшие сроки. Хорошим примером этого является ситуация, возникшая в связи с быстрым распространением коронавирусной инфекции по всему миру, когда повсеместно срочно требовалось строительство и скорейший ввод в эксплуатацию новых медицинских учреждений. В связи с этим особый интерес представляет использование скользящей опалубки, которая обеспечивает высокие темпы строительства, когда можно строить до 12 м в сутки, т. е. 3-4 этажа здания. Для этого требуется бетон высокой плотности, способный укладываться в опалубку с минимальными трудозатратами и своевременно набирать необходимую прочность для поддержания требуемой скорости их подъема, а также для обеспечения идеального качества поверхности стен [2].

Материалы и методы

Сама скользящая опалубка является ведущим мобильным узлом всего комплекса бетонных работ на строительной площадке, характеризующимся циклически повторяющимися, а потому поддающимися алгоритму, технологическими операциями [3]. Это позволяет создавать на его основе мехатронные комплексы, автоматизирующие подъем опалубки, изменение ее радиуса, а также процессы укладки и уплотнения бетона.

Цель статьи — рассмотреть комплексный процесс возведения монолитных высотных зданий и сооружений башенного типа из железобетона на основе скользящей опалубки. Оптимизировать организацию возведения конструктивных элементов монолитных многоэтажных зданий.

Задачи исследования:

рассмотреть особенности монолитных высотных зданий и сооружений из железобетона;
исследовать особенности возведения монолитных высотных зданий и сооружений башенного типа из железобетона на основе скользящей опалубки.

Методы исследования

При исследовании использовались методики, монографии и лекционные материалы современных авторов, чьи публикации содержатся в специализированных журналах и периодических изданиях, открытые широкому доступу [4].

Результаты

Для строительства высотных сооружений башенного типа используется скользящая опалубка с переменным радиусом. Это обеспечивает, в частности, достижение необходимых значений аэродинамических характеристик объектов, используемых для отвода выхлопных газов в атмосферу [5]. Помимо самой опалубки, используются различные электромеханические устройства, что позволяет рассматривать их все вместе как единый мехатронный скользящий комплекс (МСК). Его основным элементом является подвижная платформа, опирающаяся на колонны, оснащенные подъемными домкратами (рисунок 2).

Рис. 2. Автоматизированный раздвижной комплекс для строительства монолитных объектов башенного типа переменного сечения

Принимая во внимание условия эксплуатации подъемных домкратов, определяемые габаритными размерами возводимых конструкций, предпочтение отдается электромеханическим домкратам. Регулирование панелей опалубки осуществляется с помощью винтовых механизмов радиального перемещения (НИЭМ) с асинхронным приводом. Нагрузки, действующие на подъемные и регулирующие механизмы, чрезвычайно неравномерны из-за характера распределения строительных материалов, механизмов и рабочего персонала на рабочем полу опалубки. Это приводит к нарушению ее горизонтальности и, как следствие, отклонению опалубки от проектной оси, возникновению крутящих моментов и закручиванию платформы.

Для создания системы автоматического управления мехатронным скользящим комплексом требуется его математическая идентификация в качестве объекта управления [6]. Это многомерный объект управления, состояния которого описываются системой уравнений вида:

где **ULj, URD** задают векторы управляющих воздействий на подъемные домкраты и **HRDM**;
**Ymc** — вектор параметров выходного состояния **МСК**;
**F1 и F2** — векторы внешних воздействий на возводимую конструкцию и мехатронный комплекс.

В этом случае движение МСК под действием управляющих (ии, икм) и (Т7, Г,) возмущающих воздействий может быть описано уравнением [11]:

где **А(s), В(s)** — матрицы передаточных функций, характеризующие динамику подъемных и регулирующих органов МСЦ;
**Н1(s) и Н2(s)** — матрицы передаточных функций для возмущающих воздействий [7].

Учитывая многомерность объекта управления, формирование управляющих воздействий ии и следует производить с учетом необходимости управления всей группой параметров хp, yp, zp , Rр, αp, βр, ωр — для коррекции сложного положения платформу наклоняют в направлении, противоположном смещению, а для устранения сложного закручивания вокруг вертикальной оси предлагается использовать метод обратной волны, когда подъемные домкраты включаются поочередно в направлении, противоположном закручиванию [2].

Смещение платформы опалубки, вызванное ее наклоном, в процессе подъема описывается уравнениями в проекциях на оси координат:

В модель вводится уравнение синхронизации, определяющее закон изменения радиального положения HRDM:

Смещение опалубки и ее наклон из-за солнечного нагрева и действия ветровой нагрузки представлены суммой передаточных функций:

где **KdisT(W)(H), KtilT(W)(H)** – коэффициенты передачи смещения и наклона платформы при нагреве (индекс Т) или воздействии ветровой нагрузки (индекс W).

Полученная математическая модель МСК позволяет синтезировать систему управления и прогнозировать комплексное отклонение от расчетного положения при подъеме с учетом влияния возмущающих воздействий. Исходя из особенностей и свойств опалубки, для управления МСК целесообразно использовать двухуровневые конструкции. Верхний (тактический) уровень используется для планирования траектории движения опалубки с учетом ограничений управления и возмущающих воздействий на конструкцию, а также для формирования соответствующих управляющих воздействий [8]. На нижнем (исполнительном) уровне обрабатываются управляющие сигналы и синхронизируются движения между группами механизмов. Такой подход дает возможность достичь заданного качества строительства.

Обсуждение

Работа исполнительных механизмов МСК должна быть синхронизирована. Учитывая их большое количество, данная задача решается с помощью метода синхронизации непрерывных импульсов, включающего использование управляющих импульсов для управления асинхронным следящим приводом, длительность которого определяет среднюю скорость движения [9].

Анализ режима управления импульсным приводом показал его эффективность для синхронизации движения механизмов регулирования и подъема МСК. Изменяя ширину управляющих импульсов, можно достаточно эффективно управлять средней скоростью механизмов радиального перемещения и тем самым синхронизировать их совместную работу с подъемными домкратами. Шаг выборки выбирается из условия получения наименьшей частоты переключения двигателя и ограничения погрешности позиционирования экранов. Установка значений параметров для непрерывно-импульсного режима управления механизмами позволяет ограничить максимальное значение сил реакции на уровне допустимых значений.

Анализ результатов управления скользящей опалубкой переменного радиуса показывает, что, изменяя ширину управляющих импульсов, можно достаточно эффективно регулировать среднюю скорость перемещения механизмов радиального перемещения и за счет этого синхронизировать их совместную работу с подъемными домкратами. Шаг дискретизации выбирается из условия получения наименьшей частоты коммутации исполнительного двигателя и ограничения ошибки позиционирования щитов. Правильное задание значений параметров непрерывно-импульсного режима управления механизмами позволяет ограничить максимальное значение сил реакции на уровне допустимых сил и моментов.

Результаты исследований разработанного мехатронного комплекса на основе скользящей опалубки для строительства высотных монолитных зданий и сооружений башенного типа показывают, что выбранный подход к его возведению позволяет достичь требуемого качества и обеспечить технологически максимально высокие темпы строительства. Отличием от известных и применяемых в строительной практике систем управления скользящей опалубкой является использование двухуровневого управления исполнительными механизмами. ВIМ-технологии, получившие в последнее время широкое распространение в строительной практике, могут быть эффективно реализованы с использованием такого подхода [10].

Заключение

Предложен подход к разработке и практическому применению мехатронного комплекса на основе скользящей опалубки для строительства монолитных объектов. Технологическая особенность скользящей формы, заключающаяся в необходимости практически непрерывного движения, позволяет алгоритмизировать циклически повторяющийся технологический процесс и автоматизировать его. Разработанное математическое описание МСК учитывает влияние статических нагрузок, деформационных сил элементов конструкции, а также взаимодействие панелей опалубки с бетоном. Управление МСК основано на прогнозировании движения платформы с опалубкой с учетом ветровых и тепловых воздействий, что позволяет стабилизировать механизмы, добиться синхронизации их взаимодействия и обеспечить корректировку положения платформы. Предлагаемая двухуровневая система управления позволяет автоматизировать весь процесс управления опалубкой, включая планирование ее перемещений при возникновении отклонений рабочего пола опалубки от заданных значений, с учетом ограничений, связанных с допустимой кривизной пути ее подъема.

Список литературы

Краснощек Б. В. Технология и механизация строительных процессов : учебно-методический комплекс / Б. В. Краснощек. – Москва : Проспект, 2018. – 400 с.
Травуш В. Автоматическое управление скользящими опалубками для возведения высотных монолитных сооружений с переменным радиусом / В. Травуш, В. Ерофеев, А. Булгаков, В. Афонин // Русский инженер. – 2021. – № 1 (70). – С. 37–41.
Дикман Л. Г. Организация строительного производства / Л. Г. Дикман. – Москва : Академия, 2007. – 432 с.
Лапидус А. А. Формирование интегрального потенциала организационно-технологических решений посредством декомпозиции основных элементов строительного проекта / А. А. Лапидус // Вестник МГСУ. – 2016. – № 12. – С. 114–123.
Топчий Д. В. Разработка организационно–технологической модели осуществления строительного контроля при возведении многоэтажных жилых зданий / Д. В. Топчий // Научное обозрение. – 2017. – № 11. – С. 97–100.
Chahal K. S. Quality control and quality assurance in building design and construction / K. S. Chahal // Journal of the institution of engineers. Architectural engineering division. – India, 2007. – Vol. 88. – № 29. – P. 16–20.
Лапидус А. А. Организационно-технологические параметры, влияющие на критерий допустимости совмещения строительных процессов при производстве отделочных работ в жилых зданиях / А. А. Лапидус // Перспективы науки. – 2018. – № 6 (105). – С. 12–16.
Лапидус А. А. Исследование комплексного показателя качества выполнения работ при возведении строительного объекта / А. А. Лапидус // Современная наука и инновации. – 2017. – № 3 (19). – С. 116–120.
Волков А. А. Функционирование системоквантов строительных процессов и возведения объектов / А. А. Волков // Вестник МГСУ. – 2010. – № 4. – С. 262–
Гранов Г. С. Экономико-математическое моделирование в решении организационно-управленческих задач в строительстве / Г. С. Гранов. – Москва : АСВ, – 64 с.
Короткий Д. А. Автоматизированный комплекс на базе технологии Profibus для возведения высотных монолитных сооружений: дис. … канд. техн. наук: 05.13.06 / Короткий Дмитрий Анатольевич ; Московский государственный автомобильно-дорожный институт (техн. ун-т). – Москва, 2005. – Текст непосредственный.