Как отмечалось ранее, основной научно-технической проблемой, решаемой посредством проведенного исследования является увеличение многообразия зданий и сооружений при уменьшении номенклатуры сборных элементов. Постоянное совершенствование методов типового проектирования зданий и сооружений различного назначения позволяло решать многие частные проблемы (технические задачи) в различных областях строительства. Однако получаемые на нормативно-стандартных основах решения не всегда давали желаемый результат. Ниже приведена постановка ряда таких проблем (задач).
Проблемы сборно-разборных зданий. Период строительства крупных промышленных объектов, в частности, угледобывающей отрасли сопряжен с потребностью в комплексе временных зданий и сооружений различного технологического назначения, состав которого изменяется на разных этапах строительства. Такие здания являются «индивидуальными» по объемно-планировочным и габаритным параметрам, температурно-влажностному режиму помещений, оснащению подъемно-транспортным оборудованием или его отсутствию. Они имеют также отличия по степени взрыво-, пожароопасности, санитарно-гигиеническим требованиям, теплотехническим характеристикам стеновых ограждений и покрытий и т.д. При таких условиях практически исключается возможность их многократного использования.
Опыт проектирования сборно-разборных зданий и сооружений на основе УТС серий 420-06 и 420-09, рекомендованных Госстроем бывш. СССР для угледобывающей отрасли, не давал ожидаемых положительных результатов, т.к. при указанных обстоятельствах возникала большая номенклатура конструкций с ограниченной их оборачиваемостью или при ее отсутствии вообще.
Традиционные временные здания из мелкоштучных материалов оказывались конкурентоспособными, в связи с их определенными преимуществами (доступностью материалов, простотой конструкций, гибкостью планировки и т.д.), с одной стороны, и из-за организационнотехнических трудностей внедрения сборно-разборных зданий, - с другой (недостатка требуемого объема металлопроката, отсутствия заводского производства, несовершенства конструктивных решений и т.д.).
Данная народно-хозяйственная проблема обусловила постановку соответствующей научно-технической проблемы - снятия противоречия между многономенклатурностью конструкций сборно-разборных зданий и дефицитом оборачиваемости последних при эксплуатации с обеспечением требуемого их разнообразия.
Анализ конструктивных решений мобильных зданий сборноразборного типа позволил определить уровень данной области техники, установить этапы развития конструкций, систематизировать требования, предъявляемые к ним, выявить научно-технические противоречия и их причины. Это обеспечило решение ряда проектно-конструкторских задач, составляющих в совокупности отдельную техническую проблему АКТ-несовершенства сборно-разборных зданий и сооружений.
При строительстве зданий и сооружений шахтной поверхности подобная проблема относится, в частности, и к временным фундаментам под подъемное оборудование - проходческие лебедки и подъемные машины. Использованное на одном месте оборудование демонтируют и передислоцируют для повторного использования. Временные же фундаменты затем разрушают. Разработанные сборно-разборные фундаменты имели большую номенклатуру элементов, соответственно количеству типов и модификаций оборудования. Предложенная затем «бесфундментная» установка оборудования как принципиально иное решение снимала эту проблему.
Проблема крупногабаритности мобильных зданий. В различных областях жизнедеятельности человека и, в том числе, для удовлетворения производственно-бытовых нужд целесообразны (дополнительно к сборно-разборным) мобильные здания контрейлерного типа. Их широко используют, например, при строительстве шахт, в сельском хозяйстве, в дорожном строительстве. Зависимые от условий и средств транспортировки, они применяются все больше по мере разрешения проблемы их крупногабаритности, возникающей при увеличении высоты и площади помещений мобильных зданий.
Проблема невариабельности габаритных схем трехшарнирных рам. В сельскохозяйственном строительстве массовое распространение получили трехшарнирные рамы, состоящие из двух Г-образных полурам. В связи с потребностью в рамных каркасах для комплекса зданий (складов, ремонтных мастерских, хранения техники, животно- и птицеводческих ферм и др.), номенклатура полурам должна быть весьма развитой. Такие каркасы, кроме того, могут использоваться в других областях строительства (для общественных зданий - крытые бассейны, ледяные арены, остановочные павильоны и т.п., для транспортных сооружений - гаражи, мастерские и др.). В результате образуется большое число типов и типоразмеров полурам, преимущественно, железобетонных. Однако развитая номенклатура противоречит многосерийному производству.
Типовые габаритные схемы из Г-образных полурам имеют унифицированные размеры: пролета зданий -18и21 м (с ригелями соответственно 9 и 10,5 м) и высоты - 3,3 и 3,6 м (имелись еще неунифицированные размеры высоты - 3,75 и 5,15 м). Сокращенная номенклатура, тем не менее, усложнялась рядом унифицированных расчетных нагрузок на покрытие - 7,5; 13,5; 16; 18; 21; 24 кН/м, что приводило к соответствующему увеличению числа типоразмеров конструкций, например, по УЗК-2.
Разработкой конструкций трехшарнирных рам занимались: НИИЖБ, ЦНИИЭПсельстрой, Запорожсельстрой, Укрколхозпроект и его Днепропетровский, Запорожский, Крымский, Полтавский, Николаевский, Харьковский, Херсонский, Черкасский и Черниговский филиалы, УкрНИИГИПРОсельхоз, ПриволжГИПРОсельстрой, Молдавский Межколхозстройпроект, Росколхозстрой объединение России, РосглавНИИстройпроект, Крайколхозпроект, Главприоксельстрой, Татколхозпроект, ЮжуралГИПРОсельхозстрой и его Башкирский филиал, Куй-бышевсельхозпроект, Иркутскколхозпроект, Крымоблмежколхозстрой, Одесский Облмежколхозстрой, тресты Оргпромстрой, Оргтехстрой и другие учреждения, организации и предприятия. Это свидетельствует о повсеместном и массовом внедрении трехшарнирных рам и о стремлении привязать типовые конструкции к различным строительно-климатическим районам России.
Конструкции отличаются между собой цельностью и составностью полурам, вариантами разрезки, геометрией поперечного сечения элементов (прямоугольной сплошной, решетчатой в стойках, тавровой), разным уклоном ригеля (от 1:2,8 до 1:4,3), высотой в коньке и в карнизах, разными материалами (тяжелый бетон, керамзитобетон, древесина) и расчетными нагрузками, изменением поперечного сечения по длине ригеля и высоте стойки, узлами сопряжения ригеля со стойкой и др.
Очевидна актуальность, сложность и высокая стоимость решения проблемы, затрагивающей разные отрасли строительства, АПК, сельского хозяйства и др. Относящаяся к типовому проектированию научно-техническая проблема представляется для ее решения в нескольких противоположных тенденциях: увеличить ряд значений парам габаритных схем трехшарнирных рам, обеспечить использование их в различных строительно-климатических районах и уменьшить совокупную номенклатуру сборных элементов.
Проблема объемов серийных партий сборных изделий. Практика предприятий стройиндустрии показывает, что их производительность снижается из-за огромной номенклатуры, исчисляемой сотнями типоразмеров и тысячами марок сборных изделий. Проблема связана с экономической необходимостью полной физической амортизации формующего оборудования до ее морального старения, чего обычно не бывает из-за быстрой смены типовых проектов. Эта технико-экономическая сторона проблемы может быть представлена как научно-техническая по увеличению объема серийных партий и снижению многономенклатурности изделий.
Проблема конструктивной сложности и высокой материалоемкости фахверковых стен промышленных зданий. Разработанные в период индустриализации типовые решения торцевых стен одноэтажных промышленных зданий павильонного типа имеют до сих пор массовое применение. Однако они являются весьма материалоемкими из-за необходимости применять фахверковые конструкции.
Данная проблема восходит к классической в архитектурной науке «проблеме торца». Отсутствие ее решения в период индустриализированного строительства - еще одно свидетельство недостаточного совершенства нормативно-стандартных основ типового проектирования. Решение возможно на положениях методологии проектирования ИСС путем упрощения фахверков вплоть до их исключения.
Примером использования методологии ИСС (в части неформальной заменяемости), является решение проблемы недолговечности и низких эксплуатационных качеств типовых 5-ти этажных жилых крупнопанельных домов. Проблема «пятиэтажек» (быстрого физического и морального износа) стала актуализироваться с 1985 г. Моральный износ таких домов первого поколения тогда составлял 41%. Физический износ их был меньшим, но усугублялся низкими эксплуатационными качествами. Острота проблемы в настоящее время возрастает.
Анализ возможных направлений решения проблемы показал, что существуют различные точки зрения: от предложений о сносе этого жилищного фонда до радикального его переустройства с изменением этажности домов и плотности застройки микрорайонов. Проведенные ЦНИИЭП технико-экономические исследования показывали экономическую целесообразность модернизации и реконструкции полносборных 5-ти этажных домов ряда последних типовых серий с конструктивными схемами, например, имеющими широкий шаг несущих поперечных стен.
Данные выводы были получены при стабильной экономике страны, плановом строительстве и реконструкции жилья, его бесплатном предоставлении трудящимся и т.п. Важно также, что на принимаемые решения влияла концепция о недолговечности полносборных домов, которая до сих пор неоднозначна в оценках специалистов (из-за отсутствия завершенного опыта эксплуатации таких зданий). Нормативная (как прогнозируемая) долговечность крупнопанельных домов первого поколения предполагалась соответствующей III классу (не менее 20 лет), второго поколения как конструктивно более совершенных - II классу (не менее 50 лет). Это, естественно, свидетельствовало не в пользу реконструкции.
Снос или реконструкция «пятиэтажек» относится примерно к 20% жилищного фонда страны, что представляет проблему еще более актуальной в новых социально-экономических и материально-технических условиях. В изменившейся ситуации (перехода к рыночной экономике, отсутствия бюджетного финансирования на массовое строительство жилья и его реконструкцию, приватизации жилого фонда, введение цены на землю и т.п.) предыдущих лет возможны альтернативные выводы.
Предложенные в 80-х годах и позже разнообразные предложения по усилению, реконструкции и модернизации относятся к различным типовым сериям полносборных домов, но они конструктивно несовершенны. Поиск аналогов по патентному фонду позволил заключить, что патентоспособные решения по «пятиэтажкам» практически отсутствуют. Это дало мотивацию для разработки научно-конструкторской концепции с рядом новых АКТ-решений, отвечающих большому диапазону конъюнктурных условий. Определяющее значение при разработке АКТ-решений по «пятиэтажкам» имели выявленные особенности этих домов относительно традиционных.
Представляется также целесообразным для верификации научной достоверности методологии ИСС решение комплексной задачи (в совокупности технических решений различного назначения) как проблемы усовершенствования структурных частей зданий и сооружений, их конструкций.
Наконец, весьма показательным для верификации методологии проектирования ИСС имеет решение проблемы расширения области применения конструкции межвидового каркаса с.1.020-1/87, предназначенного для многоэтажных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий. Этот каркас является результатом многоэтапного развития типового проектирования полносборного строительства советского периода, а типовая серия - упрощенной номенклатурой (или версией) Единого каталога для жилищно-гражданского строительства. Решение данной проблемы обеспечит возможность применения межвидового каркаса в жилищном строительстве.