В статье рассматриваются проблема вывода на строительный рынок инновационных решений). В качестве примера рассматривается перспективность и трудности применения металлодеревянных элементов в строительстве.Обращено внимание, что при расчете неоднородных по материалам конструкций необходимо учитывать их теплофизические характеристики, которые также влияют и на физико-механические параметры в эксплуатационный период
Ключевые слова: инновации, строительный рынок, металлодеревянные конструкции, влагонакопление древесины, совершенствование методики расчета.
Строительную отрасль многие эксперты обвиняют в чрезмерной консервативности и инерционности, с точки зрения современной экономики этому есть рациональные объяснения, связанные с длительными циклами проектирования, строительства и эксплуатации, только по завершению которых можно выявить недостатки применяемых материалов, конструкций, технологий. Также можно рассматривать устоявшуюся традиционную практику (а также наличие стереотипов) неким тормозом развития. Уместным будет подчеркнуть, что даже в ведущих странах (например, в Германии и США) строительная индустрия занимает далеко не самые лидирующие места в сфере разработок и внедрения инноваций. И такое состояние можно охарактеризовать как общемировую проблему. Но по сути, сравнивая отечественную строительную отрасль, можно констатировать, что непреодолимого отставания России от мировых лидеров нет.
Однако если оценивать строительство с позиций обеспечения безопасности и надежности на всех этапах жизненного цикла, то такой подход нельзя назвать взвешенным и объективным, потому как цена ошибок проектировщиков и строителей крайне высока, а подвергать жизнь и здоровье граждан различным угрозам права им никто не давал.
С этой точки зрения очевидно, что внедрению новых материалов и технологий должна предшествовать многоступенчатая апробация: выполнен широкий спектр научных исследований и опытно-конструкторский разработок, разработаны и утверждены нормативная и техническая документация (вопросам технического нормирования при выводе нового продукта на рынок необходимо уделять первостепенное значение, тем более в связи с обеспечением безопасности и стабильного качества), обучены специалисты.
С этой точки зрения очевидно, что только особое место отводится государственным мерам и соответствующим механизмам поддержки, которые должны координировать и способствовать проведению фундаментальных и практических исследований через грантовую систему и различного рода субсидиарную поддержку отрасли. Но и это не будет гарантировать интенсификации строительного инновационного мышления, так как превращение научного результата в рыночный товар с высокими потребительскими свойствами зачастую не обеспечено соответствующим платежеспособным спросом потребителя, в этом случае как раз риски принимает на себя государство (бизнес в таком исходе не заинтересован) [1, 2].
В динамично меняющемся мире, с учетом действующей в настоящее время национального проекта «Жильё и городская среда» можно говорить о том, что наибольший интерес для государства и для населения может представлять собой активное развитие домостроительного комплекса малоэтажному и индивидуальному строительству (ИЖС). При этом, очевидно, что выход инновационного продукта на такой рынок должен сопровождаться меньшим количеством административных и технических барьеров.
Отмечая развитие ИЖС, также необходимо понимать, что государство должно стимулировать создание соответствующей инфраструктуры (дороги, коммуникации, спортивно-досуговые объекты, небольшие магазины, складские территории и проч.). В этом смысле очевидно, что в данном секторе есть возможность поводить реальную апробацию новые строительных материалов и конструкций, по причине более низких рисков необеспечения должного уровня безопасности, надежности и долговечности.
Для примера приведем факт того, что довольно длительное время на рынке не было доступной широкому потребителю альтернативы традиционным деревянным конструкциям, которые широко применяются при строительстве индивидуальных жилых и подсобных построек, а также распространены в промышленных сооружениях различных «легких» типов и назначений. Но в силу объективных негативных характеристик собственно древесины область применения таких конструкций существенно ограничена.
Однако в последнее время наблюдается тенденция разработки и внедрения так называем биматериальных конструкций, сочетающий в себе различные материалы (примером может служить система «древесина — металл», т. е. так называем металлодеревянные конструкции [3]). Но и снова необходимо отметить, что до сих пор в полной мере не получены точные расчетные схемы, учитывающие действительную работу как правило тонколистовых металлических элементов, особенно в зоне контакта с древесиной, но уже наметилась тенденция получения общих закономерностях. Внимание исследователей сосредоточено на расчетных характеристиках, но, к сожалению, должное внимание не уделено проблеме обеспечения долговечности полиматериальных конструктивных систем. Целесообразно особо обратить внимание на проблемы эксплуатационной надежности работы узлов сопряжения «древесина — металл» и коррозионной стойкости металлодеревянных конструкций в целом, находящуюся в прямой зависимости от агрессивности биологических агентов и химической среды. При этом, как известно материаловедам, контакт стальных элементов с пористой влажной древесиной приводит к развитию электрохимической коррозии металла, но этот фактор пока не учитывается проектировщиками, что приводит к сокращению безремонтного срока службы. Также известна способность древесины удерживать металлические крепления за счет трения, которое зависит от породы, средней плотности и влажности. С ростом средней плотности сопротивление выдергиванию возрастает, а с увеличением влажности, наоборот, снижается. И снова проектировщики в своих расчетах не учитывают суточные и сезонные колебания влажности, влагонакопление в элементах из древесины, влагоперенос и др. факторы [4], которые приводят к изменению схемы работы всей металлодеревянной конструкции.
Имеющийся практический опыт показывает, к примеру, что одной из основных причин выхода из строя строительных конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах является игнорирование при расчете соединений наличия влагонакопления древесины при эксплуатации [5].
В этом случае целесообразно в методику расчета вводить дополнительные поправочные коэффициенты к расчетным сопротивлениям материалов и к модулю упругости древесины, зависящие от изменяющейся эксплуатационной влажности древесины, что в том числе было показано в [6], а также учитывать изменяющуюся во времени податливость соединений.
Кроме этого, необходимо дополнительно устанавливать требования к коррозионной стойкости стали. Согласно требованиям СП 28.13330.2017 металлические соединительные детали деревянных конструкций должны быть защищены от коррозии, а крепежные металлические элементы должны иметь цинковое покрытие, но в случае с металлодеревянными элементами в силу более сложного процесса коррозии наиболее эффективной мерой защиты стальных сопряжений является оцинковка с дополнительным нанесением лакокрасочного защитного покрытия.
Очевидно, что в настоящее время требуется проведение поведение дополнительных исследований совместной работы двух материалов при воздействии различных эксплуатационных сред для дальнейшего совершенствования методик расчетов.
Литература:
- Самигулова Р. З., Фомин П. Б. Современное состояние и тенденции развития инновационной и производственной деятельности в строительной отрасли России // Экономика и предпринимательство. 2012. № 3 (26). С. 115–119.
- Медовников Д. С., Розмирович С. Д., Оганесян Т. К., Имамутдинов И., Щукин А., Сараев В. В. Инновационные строительные материалы и технологии: их влияние на развитие градостроительства и городской среды. Мировой опыт, российский взгляд // Доклад: НИУ Высшая школа экономики. Институт менеджмента инноваций. 2013. 56 с.
- Василев В. Н., Кашарина Н. В., Тарасенко А. И., Мошак К. Е. Металлодеревянные фермы построечного изготовления из традиционных профилей // Металлические конструкции. 2017. Том 23. № 1. С.39–46.
- Федосов С. В., Котлов В. Г., Алоян Р. М., Ясинский Ф. Н., Бочков М. В. Моделирование тепломассопереноса в системе газ — твердое при нагельном соединении элементов деревянных конструкций. Часть 2. Динамика полей температуры при произвольном законе изменения температуры воздушной среды // Строительные материалы. 2014. № 8. С. 73–79.
- Ермолаев В. В. Влияние влажности древесины на длительную прочность и ползучесть соединений строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах: дис.... канд. техн. наук: 05.23.01. Нижний Новгород, 2009. 168 с.
- Калинин С. В. Деревометаллические балки со стенкой из стальных профилированных листов: дис.... канд. техн. наук: 05.23.01. Оренбург, 2013. 183 с.
