Как лаборатория конструктивных систем зданий и сооружений РУП «Институт БелНИИС» обеспечивает надежность объектов — от типовых корпусов до высотных комплексов
За выразительными фасадами минских высоток и масштабными стройками по всей стране стоит серьезная научная и инженерная работа. Любой архитектурный замысел — от 184-метрового небоскреба до типового сельскохозяйственного здания — строгим математическим расчетом проверяется на прочность, живучесть и устойчивость. Эту задачу в Беларуси выполняет команда лаборатории конструктивных систем зданий и сооружений РУП «Институт БелНИИС».
Небольшой коллектив из пяти специалистов выполняет значительную часть работ по научно-техническому сопровождению проектирования и строительства ключевых объектов Беларуси: от дублирующих расчетов высотных комплексов и аэродинамического моделирования до разработки типовых серий сборных железобетонных изделий и расчета предела их огнестойкости. Решая нестандартные задачи в натурных испытаниях и цифровой среде, белорусские инженеры доказывают, что глубокий профессиональный опыт пока превосходит возможности искусственного интеллекта.
— Строительная наука редко оказывается в поле общественного внимания, но именно она определяет, будут ли здания и сооружения безопасными и долговечными, насколько надежно будут работать конструктивные системы на протяжении всего жизненного цикла объекта. Лаборатория конструктивных систем зданий и сооружений РУП «Институт БелНИИС» — это та интеллектуальная опора, которая позволяет белорусским строителям реализовывать самые смелые архитектурные проекты, обеспечивая при этом высочайший уровень надежности. Наша задача — сохранять и развивать эту научную школу, соединяя фундаментальные исследования с реальными потребностями строительной отрасли и стратегическими задачами, поставленными перед строительным комплексом страны, — отмечает генеральный директор РУП «Институт БелНИИС» Олег Николаевич ЛЕШКЕВИЧ.
Каркас стройотрасли: от типовых серий до бессварного монтажа
Реальная экономика строительной сферы держится на массовом сегменте — промышленности и сельском хозяйстве. Как отмечает заведующий научно-исследовательской лабораторией конструктивных систем зданий и сооружений РУП «Институт БелНИИС» Александр Валерьевич ЩЕРБАЧ, потребности рынка сегодня формируют четкий тренд: строительным компаниям требуются быстрые в монтаже, надежные и экономичные типовые решения. За последние пять лет специалисты лаборатории создали более 20 новых типовых серий сборных железобетонных изделий, закрывающих эти задачи. Институт работает как по прямому заказу предприятий, так и инициативно, оставляя авторские права за собой и формируя доступный фонд проектной документации для всей отрасли.
Принципиальный момент: каждое новое конструктивное решение, прежде чем попасть в проектную документацию и на строительную площадку, проходит всестороннюю экспериментальную проверку в лабораториях РУП «Институт БелНИИС». Натурные испытания узлов, фрагментов конструкций и моделей позволяют подтвердить расчетные предпосылки, оценить фактическую несущую способность и убедиться в надежности решения при реальных режимах нагружения. Только после такого подтверждения дается рекомендация к массовому применению.
Знаковым примером стала разработка многофункционального каркаса одноэтажного промышленного сельскохозяйственного здания для ОАО «Кричевцементношифер». Сотрудники лаборатории создали универсальный каркас, который адаптируется под разные нужды бизнеса и АПК — от склада или крытого навеса до животноводческого комплекса.
Главная технологическая новизна этого решения кроется в узлах сопряжения стропильных конструкций и несущих колонн каркаса. Конструкторы полностью отказались от традиционной сварки закладных деталей и замоноличивания узлов строительным раствором.
— Сопряжение стропильных ферм и несущих колонн выполнено посредством эластомерных опор. В сварке или использовании растворной постели нет необходимости. С точки зрения расчета каркаса это дает совершенно иную, крайне интересную логику работы узла, — поясняет Александр Валерьевич.
В части строительной инженерии и практики монтажа такой уход от классических схем дает сразу несколько ключевых преимуществ.
Исключение «мокрых» процессов: отсутствие необходимости укладки раствора позволяет вести круглогодичный монтаж здания при любых — даже отрицательных — температурах без дополнительных затрат на прогрев бетона.
Скорость и технологичность: отказ от сварочных работ на высоте существенно ускоряет сборку каркаса и сокращает трудозатраты.
Деформационная компенсация: эластомерные опоры эффективно гасят микросмещения, температурные деформации и динамические нагрузки, предотвращая появление внутренних напряжений и трещин в железобетоне.
Параллельно с разработкой новых каркасов промышленных и сельскохозяйственных зданий на рынке сохраняется стабильно высокий спрос на проверенные решения для объектов с большими пролетами: железобетонные полурамы на 18, 21 и 27 метров со специализированными фундаментами под них, позволяющие перекрывать масштабные производственные и складские площади.
Высотный Минск: дублирующие расчеты и аэродинамика
Параллельно с разработкой типовых серий для массового сектора научно-исследовательская лаборатория занимается сопровождением проектирования и строительства уникальных, в том числе высотных, зданий. Согласно действующим строительным нормам Беларуси, жилые объекты выше 75 метров и иного назначения от 50 метров подлежат обязательному научно-техническому сопровождению в период возведения. Основа этого процесса — независимый дублирующий расчет на стадии проектирования, выполняемый с целью выявления и исключения неизбежно возникающих ошибок и неточностей в процессе расчета объекта.
Инженеры РУП «Институт БелНИИС» приняли активное участие в формировании современного высотного силуэта столицы. Силами научно-исследовательской лаборатории выполнены дублирующие расчеты большинства высотных зданий города.
— Мы участвуем в научно-техническом сопровождении строительства высотных зданий многофункционального жилого комплекса «Минск-Мир» — это две башни по 96 метров и одна 162 метра высотой. Последняя — главная башня Международного финансового центра — обладает нехарактерной особенностью для высотных зданий Минска: на крыше расположен вертодром, что в определенной степени усложняет расчет каркаса здания, — отмечает руководитель лаборатории. — Сейчас специалисты института начинают работу над новым проектом — строительством 55-этажного 184-метрового небоскреба в Минске.
Задачи инженеров на подобных объектах выходят далеко за рамки проверки стандартной прочности бетона и металлоконструкций. Они включают:
– аэродинамические исследования («цифровая продувка»): сложная геометрия высотных зданий создает специфические ветровые нагрузки. «Цифровое» аэродинамическое моделирование объекта позволяет выявить зоны повышенной ветровой нагрузки и предотвратить локальные разрушения элементов фасада;
– учет ветровых воздействий: пусть ветровая нагрузка для зданий высотой до 200 метров не так критична, как для 600-метровых гигантов, однако расчет горизонтальных перемещений элементов здания при действии ветровой нагрузки обязателен для оценки безопасности эксплуатации объекта и комфорта находящихся в нем людей;
– сейсмическая устойчивость: большинство высотных зданий Беларуси рассчитаны на сейсмическое воздействие, соответствующее
6 баллам по 12-балльной шкале MSK-64. При таком сейсмическом воздействии усилия в элементах конструкций редко превышают значения 70–80 % от усилий, возникающих при статической нагрузке, что позволяет принимать оптимальные проектные решения без избыточных запасов.
Инженерная безопасность: от живучести панельных домов до огнестойкости
Параллельно с аэродинамикой высоток критически важной для лаборатории остается адаптация конструктивных систем к жестким требованиям безопасности и экономики. Одно из ключевых направлений — модернизация крупнопанельного домостроения. Долгое время архитектура панельных домов была «зажата» габаритами плит перекрытия. Ситуация изменилась с приходом комбинированной схемы, где несущие стеновые панели объединили с перекрытиями из многопустотных плит безопалубочного формования, позволяющими перекрывать пролеты до 11–12 метров.
Однако внедрение технологии потребовало строгого подтверждения живучести зданий — их устойчивости к прогрессирующему обрушению при особых воздействиях, таких, например, как взрыв бытового газа. В классическом панельном домостроении в большинстве случаев нет проблем с живучестью, в то время как при использовании многопустотных плит безопалубочного формования в качестве элементов перекрытий и покрытий возникают сложные расчетные ситуации.
— Экспертиза резонно потребовала доказательств безопасности такого типа конструктивной системы. Наша лаборатория активно помогала проектировщикам, выполняя различные расчеты, моделирующие локальные разрушения объектов, а также разработкой систем связей, обеспечивающих живучесть зданий. Сегодня эти решения стали для рынка типовыми, — поясняет Александр Валерьевич.
Научная работа института дает девелоперам не только нормативную защищенность, но и прямую экономию благодаря внедрению современных конструктивных решений. Например, оптимизация металлоемкости. Разработка рекомендаций по проектированию, являющихся фактически предварительной версией строительных правил и норм проектирования, позволила внедрить на рынке концевые анкеры, применяемые для анкеровки арматурных стержней в железобетонных конструкциях. Использование на концах арматурных стержней такого рода анкерных муфт, визуально похожих на крупную шайбу, позволяет обеспечить существенную экономию арматуры.
Отвечая на вопрос о потенциале автоматизации и конкуренции с новыми технологиями, Александр Щербач подчеркивает ключевую роль инженерной школы:
— Мы лучше, чем искусственный интеллект. ИИ — способ «усреднения» известного, мы же создаем новое. К нам обращаются тогда, когда возникают нестандартные проблемы.
Научно-исследовательская и экспертная деятельность лаборатории конструктивных систем зданий и сооружений РУП «Институт БелНИИС» чаще всего остается за кадром для широкой общественности. Однако именно эта «невидимая» работа — дублирующие расчеты, аэродинамические исследования, лабораторные испытания, моделирование огнестойкости и разработка типовых серий — является главным гарантом конструктивной безопасности, сохранности зданий и комфорта людей. Под каждым жилым домом, производственным корпусом и высотным комплексом лежит не просто бетон и сталь — лежит труд научных работников, которые превращают сложные инженерные задачи в надежное основание для жизни и развития строительной науки.
Анна ЖИЛКА, фото Павла МАТУСЕВИЧА