Как сэкономить на сейсмоизоляции, не поступившись безопасностью

Борис Николаевич Ким — проектировщик с 40-летним опытом работы. В его послужном списке около 3 тыс. проектов в Узбекистане и Казахстане. Последние пять лет он полностью отошел от дел и направил усилия своей компании ТОО «Новапроект» на внедрение идеи сейсмоизолирующего кинематического фундамента (СКФ).

14 ноября этого года в Шымкенте запланирована серия испытаний системы СКФ.&nbspВ случае успеха можно будет говорить о возможности снижения себестоимости строительства на 30−40%. Если же использовать весь комплекс разработанных Борисом Кимом технологий, то экономию можно довести и до 50%. Корреспондент «Капитал.kz» связался с изобретателем накануне испытания, чтобы понять суть его изобретений.

Принцип ваньки-встаньки

Здания везде разрабатываются с учетом сейсмостойкости. Классическая система — усиление колонн нижнего этажа путем увеличения количества арматур, увеличения площади сечения колонн и так далее. Такой путь ведет к дополнительным затратам, примерно на 20−30%. А сейсмоизоляция не требует подобных затрат, поэтому экономит строительный бюджет.

Принцип работы нашей технологии… Детскую игрушку ваньку-встаньку знаете? Наш кинематический фундамент основан на том же принципе действия силы гравитации. В случае землетрясения кинематический фундамент отходит в сторону, и возвращающая сила тем сильнее, чем дальше фундамент сдвинулся от вертикального положения. Железобетонный кинематический фундамент возвращается в исходное вертикальное положение под действием силы тяжести здания.

В этом особенность и превосходство нашей сейсмоизолирующей системы над другими подобными решениями. Скажем, действие японских резинометаллических опор основано на том, что свинцовый сердечник, переложенный резиновыми прослойками и металлическими опорами, может перемещаться на 20−30−40 см. Иногда этого бывает недостаточно. Наш СКФ — сейсмоизолирующий кинематический фундамент, а сейчас мы рассчитали его характеристики для 10-этажного здания, может переместиться на 86 см в любую сторону и вернуться в исходное положение.

Система нивелирует ударную волну землетрясения любого направления, горизонтальную или вертикальную. Вертикальные волны маловероятны, но самые опасные, для них мы увеличиваем прочность фундаментов в 3−4 раза. Обычная нагрузка на 9-этажный дом, скажем, 420 тонн, поэтому прочность конструкции кинематического фундамента для такого здания мы создаем с запасом до 1200 тонн. Для 12−16-этажного дома обычная нагрузка 800 тонн, поэтому прочность фундамента мы закладываем 2400 тонн.

Как будут проходить испытания

В конце ноября мы проведем испытания сейсмоизолирующего кинематического фундамента. Это будет не микромодель, а настоящее трехэтажное здание, которое планируется эксплуатировать как коттедж гостиничного типа. На этой модели мы проведем все необходимые испытания, чтобы показать работоспособность системы СБК-СКФ — сборного безригельного каркаса с сейсмоихзолирующими кинематическими фундаментами.

Как моделируется ударная волна — мы оттянем наше здание в сторону при помощи тяговых усилий и отпустим трос. Например, для сдвига этой модели, нагруженной порядка 1000 тонн, необходимо приложить горизонтальное тяговое усилие от 10 тонн до 300 тонн. Тяговое усилие в 300 тонн мы создать не сможем, получится максимум 40 тонн.

Это даст возможность создать амплитуду колебаний в 150 см, по 75 см в каждую сторону. Амплитуда в 75 см для 3-этажного здания — это эквивалент 12-балльного землетрясения. Например, для 9-этажного здания амплитуда колебаний должны быть не менее 9 см. Мы же делаем амплитуду в одну сторону 75 см. Уверен, что здание выдержит и вернется в исходное положение. Также наше здание может выдержать разрывы земной коры шириной до 1 метра. То есть даже если фундаменты в случае землетрясения разойдутся на полметра каждый, здание не будет разрушено.

Буду ли я во время испытания находиться внутри? Конечно, нет, во время эксперимента надо успеть изучить множество нюансов — зафиксировать колебания и оценить, как в целом поведет себя конструкция.

Мы проведем серию испытаний, первые два сами с моим партнером по строительству, а потом уже пригласим и экспертов КазНИИСА, и участников строительного рынка разных стран. Есть в Казахстане строительные компании, которые заинтересованы во внедрении изобретения, это ведь не только сокращение издержек, но и безопасность людей.

Почему автор идеи реализует ее самостоятельно

Рынок ждет результата испытаний, но на этапе разработки помощи не было. Я прошелся по всем крупным строительным компаниям страны, у всех один ответ: дайте нам положительное заключение КазНИИСА, мы вам будем делать заказы. Все компании, в том числе и иностранные, стоят на одном: дайте нам испытания тестов, и тогда мы будем работать. Так что занимался всем этим я сам, есть соавторы, которые помогают. На проектную конструкторскую работу ушло 5 лет, оформлено 11 патентов на изобретения, теперь это все надо внедрить.

От рыночных заказов в 2015 году пришлось отказаться, тяжело работать в двух направлениях. Трачу заработанную раньше прибыль, других источников нет. Просто если я займусь тендерами, их надо обеспечивать, сдача проектов много времени отнимает. Поэтому решили заняться только изобретениями, чтобы довести до конца.

Я пытался получить поддержку в разных инстанциях, но в итоге пришел к выводу, что надо самому все заканчивать. Конечно, существует система грантов в министерстве образования и науки, в Национальном агентстве по технологиям и развитию. Я дважды участвовал в конкурсах, но нигде не добился инвестиций. Скажем, в НАТР, чтобы получить грант на 200 млн, надо иметь свои 200 млн, там софинансирование 50 на 50, у меня их нет. Даже деньги на строительство для тестового испытания не предусматриваются. Когда я попытался это обсудить, сослались на то, что я потрачу деньги на строительство. В общем, всегда находятся какие-то пункты, которые не учитывают специфику нашей работы.

Говорят: одни расходы у вас, а где выручка, где прибыль? Вот такая работа, одни только расходы. Или другая претензия: почему по вашему проекту вы все закупаете в Кыргызстане, в России, в Турции, почему сами не производите? А это связано с тем, что очень сложно найти производителя, который смог бы создать для нас сферическую поверхность, которая должна быть в основании колонны фундамента. Я и в Кыргызстан звонил, и в Россию, везде отказали. Только в Турции нашел производителя, который согласился выполнить заказ.

Там особенность какая: основание колонны сферическое, но в центре этой сферы надо оставить плоскую часть диаметром примерно 30 см. Это связано с тем, что дом, стоящий на фундаменте со сферическим основанием, возможно, будет легко раскачиваться от ветра. Чтобы этого не случилось, нижняя часть должна быть плоской.

Как проектировочная компания превратилась в стартап

Производство новой технологии всегда очень дорогое. Поэтому мы из проектировщиков переквалифицировались в стартап по производству фундаментов. Подали документы в Thech Garden, в феврале получили $20 тыс., добавили свои $50 тыс., и вот в ноябре проводим испытания.

Чтобы поставить выпуск кинематического фундамента на промышленный поток, нам нужны инвестиции порядка 600 тыс. евро. Надо приобрести промышленные вибраторы, промышленные столы, парогенераторы и так далее. Германское оборудование стоит больше 1 млн евро, итальянское 600 тыс. евро. И я остановился на этой сумме.

А пока мы создали минимально возможный продукт. Он позволит нам провести тестовые испытания и показать, что это работает. Для этого сами разрабатываем, сами ищем, где разместить заказ. Наши колонны очень сложные в производстве, чтобы создать экспериментальные образцы, ушло порядка трех лет. Зато наш фундамент внесли в реестр новых технологий министерства инновационного развития, поэтому к нам снисходительно относятся в КазНИИСА, работают с нами без договора, потому что за прототип нашего СКФ принят кинетический фундамент доктора технических наукт&nbspЮ.&nbspД.&nbspЧерепинского.

Консервативные нормы защищают рынок от некомпетентности

Строительная отрасль консервативна, она защищена со всех сторон СНИПами, нормами. Это хорошо, защита от некомпетентного проектировщика. Все новые элементы сейсмозащиты должны получать специальные техусловия в КазНИИСА.&nbspЭто путь, по которому я сейчас иду: строю на свои деньги, все это опробую, провожу тесты, чтобы получить одобрение КазНИИСА.&nbspТак у меня было и с другим патентом — на бесчердачную вентилируемую кровлю. В советское время она была разрешена только для двухэтажных зданий, потом в Казахстане разрешили и для пятиэтажных. Но какая разница, 2, 5 или 9 этажей? Я изобрел двухслойную вентилируемую кровлю, сам испытал на 9-этажном здании. Получилось, что на последнем верхнем этаже, прямо под крышей, температура всего на полградуса выше, чем этажом ниже. А экономия для проекта — 10%. Прошло три года, пока это изобретение внесли в СНИПы.

Кинематические фундаменты применялись еще в советское время. В Иркутске жильцы такого дома при 7-балльном землетрясении ощущали легкое покачивание. Автор этой идеи — доктор технических наук Юрий Давыдович Черепицкий. Он проводил испытания на 9-этажном здании, колебания были порядка 10 см. Также в России есть разработки Станислава Семенова, он смог увеличить колебания до 18 см. Перемещения на 75 см никто не делал. У нашей идеи свои особенности, мы обсуждали их с Черепицким. Он последние годы жил в Канаде. С некоторыми моими идеями он сначала не соглашался, но потом все же признал мою правоту. Теперь мы ожидаем подтверждения этого на натурных испытаниях модели 3-этажного дома.

Источник