автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Организационно-технологические основы строительства и восстановительных работ в сейсмоопасных районах

' > - 7 /

' ' ' ( <■' ' ,-.,,. / Л-7

KHVAZtfaes_tI.doc ; / ' £ ,

Акционерное научно-проектное внедренческое общество АНПВО "НГС-оргпроектэкономика"

(бывший ВНИИПКтехоргнефтегазстрой Миннефтегазстроя СССР)

На правах рукописи

Харитонов Вадим Андреевич

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В СЕЙСМООПАСНЫХ РАЙОНАХ

Специальность 05.23.08 - "Технология и организация промышленного и гражданского строительства"

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1997

KHVA/thes_ü.doc

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.А. Большаков доктор технических наук, профессор A.A. Гусаков доктор технических наук, профессор JI.P. Ставницер

Ведущая организация: АО "ЦНИИОМТП" (Центральный научно-исследовательский институт организации, механизации и технологической помощи строительству)

Защита состоится 17 июня 1997 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного Совета по технологии и организации строительства Д.053.11.10 в Московском Государственном Строительном Университете (МГСУ) по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, №8, в аудитории № 224 .

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке МГСУ по адресу: Москва, Ярославское шоссе, №26.

Автореферат разослан 16 мая 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.053.11.10, к.т.н., доцент

Б. Ф .Ширшиков

^еэ 13

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий научный доклад является изложением основных результатов исследований проблемы строительства в районах, подверженных сильным землетрясениями, в том числе расположенных в северной климатической зоне страны, а также исследований вопросов оптимизации организации, технологии и управления восстановительными работами в сейсмоопасных районах, выполненных автором в течение 1961-1994 гг. в научно-исследовательских институтах бывших АСиА СССР, Госстроя РСФСР и СССР, Минвуза СССР и Миннефтегазстроя СССР (ныне А/0 Роснефтегазстрой) и опубликованных в монографиях, научных статьях, докладах и рефератах, в трудах отечественных и зарубежных конференций.

В докладе изложены принципиальные положения, концепции и практические методы оценки экономического риска, используемые в качестве базы для обоснования оптимальных капитальных вложений и выбора стратегии восстановительных работ в сейсмоопасных районах; результаты исследований несущей способности фундаментов, в т.ч. свайных, при нагрузках типа сейсмических, предложения по оценке надежности элементов зданий и сооружений при сильных землетрясениях, вопросы экологии и охраны природы в зоне аварий и катастроф.

Основой для доклада послужили: научно-исследовательские работы, выполненные соискателем лично или совместно с другими специалистами, в которых автор был исполнителем либо руководителем исследовательских тем; персональные разработки и публикации в виде монографий, брошюр, научных статей, методических разработок и других материалов; написанные им лично рекомендации, инструкции и пособия по организации строительства, по управлению и экономике в сейсмоопасных районах, а также прочности и устойчивости объектов при оптимальных экономических затратах. Ряд результатов исследований автора использованы в строительных нормах и правилах, которые действуют по настоящее время.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность рассматриваемой проблемы определяется необходимостью значительного сокращения ущерба, вызываемого сильными землетрясениями, при оптимизации затрат на строительство, эксплуатацию и восстановление объектов в сейсмоопасных районах. При этом особо важное значение приобретают вопросы по оперативному и квалифицированному управлению, организации и технологии строительно-монтажных работ, что связано с необходимостью совершенствования методов планирования, форм организации и технологических особенностей выполняемых работ и процессов восстановления, включая вопросы надежности строительных систем с учетом слу-

чайной природы факторов внешней и внутренней среды.

Приводимые в докладе результаты исследований позволили решить в реальных условиях ряд актуальных задач по организации и технологии строительства в районах с высокой сейсмичностью, в том числе на территориях с вечномерзлыми грунтами.

Исследованиями вопросов и проблем организации, технологии и управления строительством в сейсмоопасных районах занималось весьма ограниченное число специалистов. Первые серьезные работы этого направления относятся к пятидесятым годам текущего столетия и их "всплески" обычно приурочивались к восстановительным работам после сильных землетрясений (Ашхабад - 1948 г., Петропавловск-Камчатский - 1959 и 1971 гг., Ташкент - 1946 и 1966 гг., Дагестан - 1966 и 1970 гг., Газли -1976 и 1984 гг., Кишинев - 1977 и 1986 гг., Армения - 1988 г., Таджикистан - 1989 г., Алтай - 1990 г., Нефтегорск - 1994 г.).

Наиболее существенный вклад в задачи оптимального (экономически целесообразного) сейсмостойкого строительства и процессов непосредственного восстановления дестабилизированной землетрясением инфраструктуры в разные периоды внесли отечественные специалисты Асамов Х.А., Айзенберг Я.М., Барштейн М.Ф., Бобров Ф.В., Войтенко И.В., Денисов Б.Е., Жданович В.Ф., Жунусов Т.Ж., Завриев К.С., Кажлаев Н.Г., Карапе-тян Б.К., Канторович Л.В., Карцивадзе Г.Н., Кейлис-Борок В.И., Килим-ник Л.Ш., Назаров А.Г., Напетваридзе Ш.Г., Мартемьянов А.И., Медведев C.B., Нейман А.И., Нерсесов И.Л., Ойзерман В.И., Павлов О.В., Парамзин A.M., Поляков C.B., Пономарев О.И., Рашидов Т.Р., Синицын А.П., Соло-ненко В.П., Ставницер Л.Р., Хачьян Э.Г., Чураян А.П., Яглом A.M. и многие др.

Целью диссертационной работы является разработка принципов организационно-управленческих, инженерных и технологических основ строительства в сейсмических районах, повышение надежности строительных систем, целесообразное снижение экономического ущерба и производственных потерь, рациональные организационно-технологические решения при выполнении восстановительных работ.

В состав исследуемых задач входят:

- оценка и выбор основных технико-экономических и социальных особенностей строительства в сейсмоопасных районах;

- определение эффективности антиаварийных мероприятий, в т.ч. соотношение уровня затрат и значений ожидаемого ущерба;

- оценка факторов сейсмической опасности на основе современного состояния теории и практики сейсмостойкого строительства;

- разработка методики определения расчетной сейсмичности объектов

в зависимости от экономических и социальных характеристик предмета проектирования в сейсмоопасном районе;

- определение региональных факторов сейсмостойкого строительства, в т.ч. в северной климатической зоне;

- разработка принципов организации вариантного проектирования объектов строительства с учетом региональных особенностей и специфики строительного производства;

- оценка вероятности повреждения и разрушения основных элементов и конструкций зданий и сооружений;

- определение влияние грунтов оснований и типов фундаментов на сейсмостойкость объектов;

- разработка методики расчета экономического риска и технико-экономической эффективности восстановительных работ;

- определение эффективности капитальных вложений в сейсмоопасные район;

- разработка методики определения ожидаемого ущерба при сейсмических воздействиях различной интенсивности с учетом специфики региона (района) застройки;

- разработка рациональных схем организации и управления подготовительными работами до землетрясения и непосредственным выполнением восстановительных работии после аварийных ситуаций;

- разработка алгоритмов технико-экономической оценки восстановительных работ для принятия организационно-управленческих решений;

Объект и предмет исследования. Основным объектом исследования является разработка рациональнох схем организации и управления изысканиями, проектированием и строительством объектов в сейсмоопасных районах с учетом ожидаемого ущерба (экономического риска) и необходимого объема восстановительных работ.

Предметом исследования являются теоретические, методологические и методические вопросы по проектированию, организации, управлению и технологии строительства в сейсмоопасных районах с учетом региональных особенностей и функционального назначения возводимых или восстанавливаемых объектов.

Методология исследования. Теоретической и методологической основой диссертации послужили: критический анализ инвестиционного процесса строительства с учетом ожидаемого риска, диалектические принципы познания, объективные экономические законы развития общества, анализ последствий аварий и стихийных бедствий и основных этапов восстановительных работ; решения и постановления государственных органов в области

- б -

организации, экономики и технологии строительства и восстановительных работ; оптимизационный анализ рациональных направлений технического развития строительной отрасли, научные принципы и передовые методы организации и технологии строительства.

При выполнении исследований были изучены труды отечественных и зарубежных специалистов в следующих областях науки и техники: планирование и прогнозирование, в том числе в условиях повышенного риска и сейсмичности; теория вероятностей и случайных процессов; организация и управление в строительстве; технология строительных процессов, в том числе восстановления зданий и сооружений. В процессе исследования использовались методы системного анализа, теории сложных систем; методы экспертных оценок, теории надежности, математической статистики и логики; методика статистической обработки информации.

Научная новизна диссертации заключается в системном исследовании комплексной хозяйственной проблемы - совершенствование организации, технологии и управления капитальным строительством и восстановительных работ в районах повышенного риска, поиск путей снижения уровня возможного ущерба, в том числе:

- соискателем разработаны научные принципы, методы и модели формирования рациональных схем строительного производства, создана научно обоснованная методика прогнозирования состояния основных фондов промышленного и гражданского назначения после ожидаемых природных и техногенных воздействий, разработана методика оценки ущерба, в том числе прогнозируемого, для заданного периода эксплуатации объекта в различных регионах страны, дана схема оптимизации сейсмостойкого строительства и восстановительных работ на основе ожидаемого риска и эффективности капитальных вложений при принятии организационно-управленческих и технологических решений на основе технико-экономической оценки вариантов нового строительства и восстановительных работ;

- выявлены и изучены характеристики сейсмостойкого строительства, влияющие на экономические показатели инвестиционного периода, установлена количественная зависимость показателей экономического риска и дан дифференцированный подход к его оценке, показано что совокупный ущерб существенно зависит от уровня организации и технологии восстановительных работ и региональных особенностей района застройки;

- разработаны системы оценки сейсмичности объектов строительства в зависимости от степени их ответственности в составе государственной экономики или какого-либо хозяйственного комплекса, стоимостных показателей, технологических и объемно-планировочных особенностей объекта, ожидаемого социально-экономического риска, которая была использована при подготовке ведомственных нормативов и при проектировании крупных

промышленных объектов [27, 28, 32, 38];

- предложена новая схема (порядок) предпроектных проработок, непосредственного проектирования, строительного производства и эксплуатации объекта, так как в условиях сейсмичности и региональной особенности территории застройки последствия землетрясения не могут быть определены независимо от возводимого объекта ( см. схему рис. 1 на стр. 20) ;

- показано, что экономический эффект сейсмостойкого строительства следует определять в каждом регионе для всех ожидаемых землетрясений за расчетный период с учетом затрат непосредственно на сейсмостойкое строительство и дополнительных инвестиций для приведения инфраструктуры к уровню, достигнутому на рассматриваемом объекте до стихийного бедствия, включая затраты на миграцию населения и на дополнительные социальные нужды (глава 5);

- разработана принципиальная схема учета факторов сейсмического риска (см. табл. 1 на стр. 15) и методика определения расчетной сейсмичности объекта в соответствии со стоимостными характеристиками, конструктивными и технологическими особенностями объекта, продолжительностью его эксплуатации и повторяемости землетрясения на рассматриваемой территории;

- выявлены принципиальные особенности сейсмостойкого строительства на вечномерзлых грунтах, необходимые условия формирования проектов организации и технологии строительства в Северной климатической зоне, даны значения коэффициентов надежности и условий работы для основных конструктивных элементов сейсмостойких зданий и сооружений для этих условий строительства (см. табл. 3, 4, 5);

- предложена методика определения величины вертикальной составляющей сопротивления грунтов основания свайных фундаментов при сейсмическом воздействии различной интенсивности и конкретных значений ожидаемых осадков (рис 2, табл.6);

- установлен необходимый уровень погружения свай в грунт, обеспечивающий минимальную величину снижения сопротивления грунтов основания при сейсмическом воздействии;

- получена зависимость, определяющая скорость прохождения сейсмических волн при изменении температурного поля мерзлых грунтов в основании фундаментов (см. формулу 5);

- установлена величина степени передачи сотрясений грунтов оснований на фундамент здания и сооружения (см. таб. 7);

- дана методика практического расчета экономического риска при сейсмическом воздействии различной интенсивности и в различных условиях организации и технологии строительного производства (глава 5).

На защиту выносятся:

- рекомендации по организации и управления строительством объек-

тов в сейсмоопасных районах;

- новые методы определения расчетной сейсмичности объекта и риска в зависимости от экономических, производственно-технологических, объемно-планировочных, конструктивных, экологических и социальных характеристик ;

- принципы, система моделей и методы проектирования объектов строительства с учетом региональных особенностей и ожидаемых потерь;

- методика расчета ожидаемого ущерба на отдельном объекте или группе объектов при сейсмических воздействиях различной интенсивности за расчетный период эксплуатации в различных регионах страны;

- принципы проектирования оснований и фундаментов для повышения надежности сейсмостойкого объекта с учетом характеристик грунтов оснований ;

- методика совершенствования строительства с учетом параметров экономического риска и особенностей процесса восстановительных работ;

- принципы выбора рациональной технологии строительного производства, схемы организации и управления восстановительными работами до и после землетрясений, техногенных аварий и других стихийных бедствий.

Практическое значение работы заключается в повышение надежности и эффективности капитального строительства в районах повышенной сейсмической опасности, в обосновании и разработке научных принципов, методов и моделей проектирования промышленных и гражданских объектов в различных региональных условиях с учетом экономического риска. Значение работы состоит в том, что ее научные положения и рекомендации позволяют проектировать объекты с учетом прогноза ущерба от ожидаемых сильных воздействий за расчетный период, разрабатывать конкретные мероприятия по повышению устойчивого функционирования действующего объекта и оптимизировать решаемые задачи.

Разработанная методика определения расчетной сейсмичности дает реальную возможность устанавливать количественные значения экономического риска для различных типов объектов по их технико-экономическим, экологическим и социальным характеристикам. Технико-экономическая оценка ожидаемой ситуации, в т.ч. при землетрясении, выполненная на основе прогноза ущерба и расчета риска, позволяет заранее разработать рациональные схемы организации и управления восстановительными работами, сократить совокупный ущерб и повысить надежность эксплуатируемого объекта.

На основании результатов исследований, изложенных в докладе, выполненных под научным руководством и при непосредственном участии автора было подготовлено несколько десятков методологических и проектных ра