Проекты

Проектирование сельских зданий и сооружений для территорий, подверженных наводнению

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Строительство, дизайн и архитектура» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2005
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Одной из природных катастроф, практически неподвластных приручению человеком, является наводнение. В интернете указывается информация о наводнениях в РФ: «За последние 20 лет в России произошло 11 наводнений с катастрофическими последствиями. Большая площадь всей территории РФ подвержена паводковым наводнениям (более 500 000 км2). Чаще всего от наводнений страдают такие территории, как бассейн Верхней и Средней Оки, Приморский край, Верхний Дон, бассейн рек Тобол, Терек, Кубань, а также на притоках реки Лены и Енисея (в средних их частях).

В Российской Федерации наводнения наносят большой урон как имуществу граждан, так и государственным объектам. По мнению официальных источников, РФ ежегодно несёт материальные убытки не менее 40 млрд рублей», «Угроза затопления существует и более чем для 20 крупных российских городов, где в зоне затопления окажутся тысячи людей. Подтопление в результате паводков может привести к обрушению домов в Казани, Уфе, Самаре, Нижнем Новгороде, Хабаровске и других городах. Площадь паводкоопасных зон в целом по стране составляет около 15 млн га, где живут 4,5 млн человек».

Всё, что человек не в силах изменить, следует принять и попытаться создать гармонию совместного существования.

Чтобы не только подчинить себе водную стихию, но также и попытаться решить одну из самых важных проблем России – противостояние наводнению, предполагается разработать проектное предложение по созданию поселения, целиком и полностью не зависящего от уровня окружающей его воды и потому безопасного для жизнедеятельности.

Цель

Сформировать научно обоснованные принципы и рекомендации по проектированию сельского поселения зданиями, имеющими противопаводковые свойства.

Задачи

  1. Провести анализ существующего положения в затапливаемых районах и опыта строительства зданий и сооружений с противопаводковыми свойствами.
  2. Разработать концепцию мер и принципов по спасению зданий, сооружений и хозяйственных построек от периодических затоплений и принципы их проектирования.
  3. Провести экспериментальное проектирование «периодически всплывающего» сельского поселения, отвечающего требованиям безопасности людей и домашнего скота, а также сохранности имущества населения и инженерной инфраструктуры.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Компьютер с установленным ПО

Описание

Этапы работы над проектом

Этап 1. Автор проанализировал существующее положение и опыт строительства сельских противопаводковых объектов.

Изучил характер и регулярность наводнений, выявил масштаб нанесённого ущерба. Собрал данные по размещению жилых построек на воде в различные исторические периоды в условиях окружающего климата и традиций, распространённых на территории. Автор комплексно рассмотрел способы защиты зданий и сооружений на основе многолетнего опыта и определил оптимальный способ изоляции здания от воды – свайно-понтонная конструкция.

В процессе работы над темой проекта автор изучил российский и зарубежный опыт проектирования плавучих зданий, проанализировал быстровозводимый энергоэффективный модульный дом с возможностью размещения его на воде.

Этап 2. Автор изучил концепции строительства и архитектуры сельских противопаводковых объектов, а также принципы проектирования плавучих поселковых парков. По результатам анализа выбран участок для проектирования всплывающего сельского поселения с использованием свайно-понтонной защиты зданий и сооружений. Проведён анализ выбранной территории, принципов планировки частных участков.

Автором проанализированы типы понтонов с последующим определением наиболее оптимального и предложены унифицированные понтоны для группировки в различные схемы: центричная, протяжённая, двухъядерная и сложной конфигурации.

Изучены особенности плавучих зданий, произведено экспериментальное макетирование поиска центра тяжести объекта для достижения балансировки и устройства рамочной стабилизации здания. С целью определения диаметра свай был проведён опыт по распределению приложенных нагрузок к сваям.

Этап 3. Разработано проектное предложение всплывающего поселения с использованием оптимального способа защиты зданий и сооружений. С основой на исследования определены потенциально возможные варианты защиты объектов выбранного всплывающего сельского поселения. Результаты применены в экспериментальном проектировании всплывающего сельского поселения для промежуточного выявления образовавшихся недостатков. Предложены варианты свайных конструкций, выполняющих конструктивную роль.

Результаты работы/выводы

Разработанное проектное предложение может лечь в основу развития новой стратегии других районов России в зонах перспективного затопления.

1.      Изучены научные исследования, характер и статистика наводнений с выявлением объёмов нанесённых ущербов. Рассмотрены принципы проживания людей в жилищах на воде с выявлением особенностей и общих черт.

2.      Изучены инженерные средства по защите территорий, имеющих риск затопления, выявлены их достоинства и недостатки.

3.      Описан зарубежный и российский опыт проектирования и строительства плавучих зданий, способных размещаться на воде.

4.      Предложены стандартизированные схемы группировки типовых понтонов для участков различной конфигурации. Изучены схемы направления и распределения нагрузки, предложено расположение свай для минимизации расходов при их установке в точках максимально приходящей нагрузки. Разработаны диаметры свай и сечения внутренней арматуры.

5.      Предложен экспериментальный проект всплывающего сельского поселения в Волгоградской области с реновацией существующего ПГТ Октябрьский. Разработан массив жилой застройки на примере типизированных индивидуальных домов трёх типов.