Институт промышленного и гражданского строительства (ИПГС) – крупнейшее подразделение НИУ МГСУ. В 2024 году институт выпустил более 800 специалистов, из которых 125 получили дипломы с отличием. ИПГС – это большая история, славные традиции, выдающиеся выпускники и передовые научные разработки. Об актуальных научных исследованиях «Строительным кадрам» рассказал директор ИПГС Александр Туснин.
ДЕРЕВЯННЫЕ НЕБОСКРЕБЫ
В России деревянное домостроение только начинает набирать обороты. Пока мы отстаем от государств, где отмечается наибольшее использование древесины в жилищном строительстве (США – 95 %, Финляндия – 90 %, Канада – 83 %, Швеция – 78 %). В нашей стране, согласно стратегии развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года, количество деревянных строений должно составлять не менее 20 % от общего количества возведенных зданий. «Есть распространенный стереотип, что деревянный дом – это маленький дачный или деревенский сруб. Малоэтажное, иногда полусамодельное строение, – отмечает Александр Туснин. – На самом деле перспективы у деревянного домостроения самые серьезные».
Ключевое преимущество древесины как строительного материала – паропроницаемость, способствующая тому, что влажность внутри помещений саморегулируется и не превышает допустимые нормы. Другим очень ценным качеством древесины является ее уникальная теплоизоляция. Дерево обладает низкой теплопроводностью, а значит и наилучшими теплоизоляционными свойствами. «На кафедре металлических и деревянных конструкций (МДК) сейчас ведутся исследования поведения древесины при широком температурном интервале, от +40 до – 50 градусов. Такие контрасты свойственны нашему климату, этот фактор оказывает значительное влияние на долговечность материала», – говорит Александр Туснин. – Кроме того, конструкции насыщаются полимерами, повышающими их надежность, прочность и огнестойкость. Обеспечение пожаробезопасности деревянных конструкций требует проведения серьезных теоретических и экспериментальных исследований».
СТАЛЬНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ
Министр строительства и ЖКХ РФ Ирек Файзуллин неоднократно заявлял, что крайне важно формировать новые подходы и гибкость в части перенастройки отрасли и использования металла в строительстве. Согласно «дорожной карте» профильного министерства по расширению области применения стали, будет вестись разработка программы возведения зданий на металлокаркасе.
Технологии возведения зданий на базе металлических каркасов занимают отдельную нишу. Диапазон их применения – от гаражей до стадионов, крупных торговых центров и уникальных высотных объектов. Кафедра МДК работает над способами возведения, монтажа, сборки, компьютерного моделирования модульных, префабрицированных конструкций на стальном каркасе. «При проектировании зданий на стальном каркасе необходимо правильно определить и задать нагрузки, действующие на сооружение, сформировать расчетную схему, учитывающую действительную работу стальных элементов, конструкцию узловых соединений и особенности взаимодействия несущих и ограждающих конструкций. Весьма важен этап расчета конструкций, на котором следует учесть последовательность монтажа здания, нелинейный характер работы несущей системы, ее работу при сейсмических и пульсационных ветровых воздействиях. Не менее сложен и процесс возведения стального каркаса – необходимо разработать эффективную технологию монтажа, обеспечивающую безопасность, производительность и требуемую точность установки конструкций в проектное положение. Мы вырабатываем общую методологию работы с такими конструкциями, чтобы впоследствии разработанные рекомендации использовались в массовом стальном строительстве. Исследования проводим в партнерстве с ГК «Росатом», компанией «Сегежа», Ассоциацией развития стального строительства, – рассказывает Александр Туснин.
МОСТЫ ИЗ КРЫЛАТОГО МЕТАЛЛА
Первый автодорожный мост в России, построенный с использованием алюминиевых сплавов, ввели в эксплуатацию в сентябре 2023 года в Нижегородской области. НИУ МГСУ играл ведущую роль в реализации этого пилотного проекта. Основные преимущества алюминия – низкий удельный вес (алюминиевые сплавы в 2,7 раза легче стали) при высокой удельной прочности, высокая коррозионная стойкость и хладостойкость при экстремально низких температурах (– 70 оС). Эти качества алюминия и сплавов на его основе обеспечивают мостам с алюминиевыми конструкциями оперативность и простоту монтажа, повышенную сейсмостойкость, продолжительный срок службы (70 и более лет). «НИУ МГСУ разработал два свода правил по пешеходным и автомобильным мостам из алюминия, – говорит Александр Туснин. – Один СП уже принят в реализацию, второй на стадии согласования. Речь идет о широком применении алюминия в мостостроении. Помимо очевидных преимуществ, у алюминия есть определенные недостатки – более низкий по сравнению со сталью модуль упругости и особенности работы при действии многократно повторяющихся нагрузок. Для автодорожных мостов очень важно обеспечить требуемую жесткость (прогибы, перемещения, динамические параметры конструкции) и выносливость при действии переменных нагрузок от автотранспорта. Ученые Научно-исследовательского института экспериментальной механики провели исследования, позволившие решить проблему усталости алюминиевых сплавов и обеспечить применение несущих алюминиевых конструкций в автомобильных мостах. Накопленный опыт строительства таких сооружений и успешно проведенные исследования позволяют говорить о перспективности применения алюминиевых сплавов в мостостроении».
ЖЕЛЕЗОБЕТОН И ВОССТАНОВЛЕНИЕ НОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Наиболее распространенным решением для проектирования объектов гражданской инфраструктуры является использование железобетона. Эта область динамично развивается, получают новую жизнь технологии объемно-блочного строительства. На базе НИУ МГСУ будет организована выставка с демонстрацией передовых достижений в этой области. Важным аспектом является защита железобетонных конструкций от прогрессирующего разрушения.
По словам Александра Туснина, в число приоритетных направлений института и научной школы кафедры железобетонных и каменных конструкций входит разработка методов, позволяющих спрогнозировать поведение железобетонных конструкций и конструктивных систем при воздействии аварийных нагрузок и сложных условий окружающей среды. А для качественных прогнозов применяются технологии искусственного интеллекта.
С вопросами устойчивости зданий к прогрессирующему разрушению тесно связано усовершенствование теории бетонов, разработка новых бетонов с особыми свойствами и специальных видов арматуры.
«Здесь важно «чувствовать» влияние специфических воздействий на несущую способность железобетонной конструкции, выбирать оптимальные параметры для того, чтобы объект был прочным, безопасным и долговечным. На новых территориях страны остается еще довольно много разрушенных и поврежденных зданий, которые в ближайшее время необходимо восстановить. В связи с этим мы детально изучаем моделирование нагрузок и воздействий, в числе которых ударные, взрывные, высокотемпературный нагрев, их комбинации. Важнейшими являются вопросы учета сейсмических воздействий, влияние коррозии бетона и арматуры на несущую способность и прочее», – отмечает директор ИПГС.
Поврежденные здания имеют множественные дефекты, которые, прежде всего, влияют на их механическую безопасность. Это требует совершенствования технологий усиления и восстановления несущей способности.
«В нашем институте разрабатываются и совершенствуются технологии торкретирования, восстановления зданий с применением композитной арматуры, усиление железобетонных конструкций аппликациями из углепластика и т.д. Все это увеличивает скорость восстановления и реконструкции объектов, в том числе на новых территориях, а также улучшает экономику строительства», – резюмирует Туснин.