Проектування захисного укриття цивільного призначення

Abstract

Робота складається із змісту, загальної характеристики роботи та її кваліфікаційних ознак, огляд досліджень за обраною темою, розділів основної частини, висновків за результатами магістерської кваліфікаційної роботи (українською та англійською мовами). Сформульовано мету, задачі, об’єкт та предмет дослідження, методи наукового дослідження.

Результати досліджень: розроблена та верифікована симуляційна скінченно-елементна модель (цифровий двійник) обраного укриття, створена в програмному комплексі FreeCAD. За допомогою цієї моделі виконано числове дослідження напружено-деформованого стану конструкції під дією розрахункових впливів вибуху. Результати представлені у вигляді розподілів характеристик напружено-деформівного стану. Виявлено критичні зони концентрації напружень і узгоджено з виявленим армування та товщину конструктивних елементів. Таким чином, робота пропонує не просто аналіз проблеми, а конкретний інженерний інструментарій для проектування більш надійних та ефективних протиуламкових укриттів. Аналіз публікацій та досліджень. Аналіз наукових публікацій розкриває глибоку кризу цивільного захисту, спричинену повномасштабною війною в Україні. Систематичні удари сучасними засобами ураження, як-от крилаті ракети та БпЛА, продемонстрували конструктивну вразливість міської забудови та неадекватність застарілих протоколів безпеки. У пошуках ефективних рішень дослідження звертається до міжнародних прецедентів, зокрема до комплексної системи пасивної оборони Ізраїлю з її інтегрованими захищеними приміщеннями та модульними укриттями. Однак пряме копіювання цих рішень вимагає адаптації до специфічних загроз та умов України. Водночас, аналогія з сейсмостійким будівництвом виявляє фундаментальну проблему: комплексне підсилення всього існуючого фонду будівель є економічно та логістично нереалістичним. Це зумовлює зміну парадигми від глобального захисту до концепції локального виживання. Перспективним напрямом стає створення високоміцних захисних ядер або модулів безпеки безпосередньо всередині будівель. Такі елементи проектуються здатними витримати навіть прогресуюче обвалення основної конструкції, забезпечуючи збереження життя людей, що перебувають усередині. Цей підхід є особливо актуальним, оскільки існуючі комерційні рішення, як-от посилені меблі чи зовнішні бункери, визнані неадекватними для умов щільної міської забудови через недостатню міцність або логістичну недоступність. На цьому тлі вітчизняна практика демонструє активне реагування на нові виклики. Прийняття оновлених ДБН В.2.2-5:2023 та масове впровадження швидкоспоруджуваних протиуламкових укриттів (SafePlace, ARCA-NOVA) є практичним втіленням цієї нової філософії захисту. Це підкреслює гостру потребу в науково-обґрунтованому структурному аналізі для проектування та оптимізації таких споруд, що і є центральним завданням даної роботи. В основній частині роботи було проведено інженерне проектування захисної споруди у два етапи. Спочатку, на основі емпіричних формул, було визначено початкову товщину конструкції, необхідну для захисту від уламків. Паралельно було розраховано навантаження від вибухової хвилі, що стало другим ключовим фактором впливу. Для перевірки цього початкового проекту було створено комп'ютерну скінчено-елементну модель. Моделювання виявило критичний недолік: розрахована лише на уламки товщина виявилася недостатньою для того, щоб витримати тиск від вибуху, і конструкція зазнавала руйнування. На основі цих даних було прийнято головне конструктивне рішення  суттєво збільшити товщину всіх огороджувальних елементів. Повторний аналіз підтвердив, що посилена конструкція успішно витримує розрахункове навантаження. Таким чином, було доведено, що саме вплив вибухової хвилі, а не уламків, є визначальним фактором при проектуванні надійного укриття. У висновках підведено підсумок розв’язання проблеми проектування надійних захисних споруд в умовах сучасної війни, яка виявила недієвість застарілих інженерних підходів. Доведено, що проектування укриття виключно для захисту від уламків є критичною помилкою. Комп'ютерне моделювання показало, що конструкція, достатня для зупинки шрапнелі, зазнає руйнувань під дією тиску від вибухової хвилі. Головним практичним результатом стало наукове обґрунтування необхідності суттєво збільшити товщину всіх огороджувальних конструкцій. Показано, що посилена споруда здатна витримати комплексний вплив вибуху. Також було запропоновано ефективні архітектурні рішення, як-от вхід-лабіринт та оптимізована форма споруди. Робота демонструє, як за допомогою доступних інструментів можна виявити фундаментальні недоліки проекту та розробити значно надійніше інженерне рішення. Роботу було апробовано на міжнародній конференції The 10th International scientific and practical conference “Global trends in science and education” (October 20-22, 2025) SPC “Sci-conf.com.ua".