Пример оценки надежности реконструируемого здания

Анализ надежности реконструируемых зданий рационально проводить с применением численных методов решения уравнений. Наиболее простой является двухэлементная система «основание - фундамент», на примере которой покажем ее количественные характеристики надежности в зависимости от времени эксплуатации и состояния элементов. Выбор данной системы неслучаен, так как она определяет прежде всего необходимость и объем проведения восстановительных работ для обеспечения заданного уровня надежности здания в целом, а также позволяет прогнозировать поведение системы во времени. В то же время эта система является наиболее ответственным элементом здания, определяющим его эксплуатационную надежность и долговечность. Зависимость (4.9) может быть распространена на многоэлементные системы, включающие стены перекрытия и другие несущие конструкции. При этом учитываются соответствующие графы переходов.

В качестве исходных данных берутся следующие параметры: t₁- среднее время от момента постройки до момента, когда в грунте возникают опасные физико-механические изменения; t₂- среднее время между возникновением опасных нарушений физико-механических свойств грунта и потерей несущей способности фундамента; t₃- средняя продолжительность функционирования фундамента при условии, что грунт не подвергается никаким нарушениям. Для расчетов брались следующие значения параметров (в годах)

t₁ = 20; 30; 40; 50; t₂= 10; 20; 50; t₃= 50; 100.

Таким образом, получены 24 кривые, приведенные на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Графики функций надежности в Р-мерном пространстве

Анализ показывает, что функция надежности монотонно убывает со временем. Кроме того, все кривые в промежутке между 30 и 50 годами меняются медленно, а после 60 лет ведут себя как экспоненты.

При выполнении реконструктивных работ без изменения объема здания и технологических нагрузок, т.е. когда сохраняется прежняя расчетная схема, оценка надежности производится по зависимости (4.9) с введением временных параметров, отвечающих уровню конструктивно-технологических решений.

Пусть, например, в возрасте τ лет здание подвергается реконструкции, и при этом проводятся работы по укреплению фундаментов и грунтов основания. Результат этих работ таков, что параметры t₁, t₂, t₃принимают значения . Тогда функция надежности реконструируемой системы получается в результате склеивания двух кривых

где α₁, α₂, Р₁₂находятся по формулам (4.8), а -по тем же формулам с заменой t_i на (i = 1,2,3).

На рис. 4.20,а приведены графики функции надежности здания до реконструкции и после проведения реконструктивных работ. Реконструкция проводится в возрасте 100 лет, и значения после реконструкции приближаются к первоначальным.

Рис. 4.20. Графики изменения показателя надежности зданий до и после реконструкции
а - при сохранении конструктивной схемы без изменений строительного объема; б -то же, при усилении конструктивных элементов и использовании встроенных строительных систем

Анализ графиков функций надежности показывает, что в целом система при начальной функции надежности, равной единице, постепенно снижает этот показатель до определенного минимума, который является предельным и служит основанием для проведения восстановительных (реконструктивных) работ. Продолжительность реконструкции обеспечивает восстановление первоначальных характеристик, но с некоторым снижением надежности, которое является следствием длительной эксплуатации некоторых невосстанавливаемых элементов здания.

Изменение надежности после реконструктивного периода с незначительными отклонениями повторяет характер кривых дореконструктивного периода эксплуатации здания.

Более низкая степень снижения показателя надежности (рис. 4.20,б) после реконструкции достигается в результате замены сменяемых конструкций на более долговечные, усиления фундаментов, стен, замены перекрытий и т.п. В совокупности комплекс реконструктивных работ повышает эксплуатационную надежность и продляет срок службы здания,обеспечивая менее интенсивное падение показателя надежности. Как правило, повышение капитальности конструктивных элементов способствует безотказной работе здания в достаточно большом промежутке времени.

Полученные зависимости при использовании достаточного количества статистических данных позволяют прогнозировать снижение надежности элементов и здания в целом, а при возникновении экстремальных условий - аварийные ситуации.

Таким образом, с учетом случайного характера воздействия на строительные конструкции предложена и изучена физическая модель надежности реконструируемых зданий. При этом необходимо учитывать две группы факторов: внутреннего характера, включая режимы эксплуатационного воздействия, а также внешнего, существенно влияющих на изменение физико-механических характеристик конструктивных элементов.

Экспоненциальный характер снижения надежности во времени практически преобладает для всех типов зданий, дойдя до порогового значения (отказа), после предотвращения которого (восстановления) система приобретает требуемую надежность. Характер возникновения отказов зависит от режимов эксплуатации зданий. Как правило, имеют место последовательные и постепенные отказы, и только в критических случаях наблюдаются внезапные отказы, вызванные потерей несущей способности конструктивных элементов в короткий срок эксплуатации. Они являются критическими и приводят к потере работоспособности элементов или в целом здания.

Анализ надежности и долговечности реконструируемых зданий должен опираться на описание функционирования объекта как сложной системы. Математически это означает рассмотрение многомерных случайных процессов. При этом отказ возникает при попадании этого процесса в некоторое критическое множество.

При наличии ремонтных работ, предполагающих полное восстановление объекта с точки зрения надежностных характеристик, функция надежности хорошо приближается к экспонентной. Для использования этого результата необходимо знать два параметра: среднее время между восстановительными работами и вероятность отказа в течение этого промежутка времени.

В случаях когда ремонтные работы либо не ведутся, либо не полностью восстанавливают объект с точки зрения его надежностных характеристик, эти параметры с течением времени только ухудшаются. В качестве модели, описывающей функционирование таких объектов, предлагаются иерархические процессы. Для них функция надежности вычисляется с помощью рекуррентной формулы.

Предложенные методики позволяют оценивать долговечность зданий до и после реконструкции при наличии довольно большого числа исходных данных. Часть из них может быть получена на основании статистических данных, а часть - с использованием результатов натурных обследований, расчетных методов строительной механики в сочетании с теорией случайных процессов. Оценка надежности и долговечности реконструированных зданий должна учитывать интенсивность различных воздействий внешнего и внутреннего характера.

ГЛАВА 5
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

Общая часть

Долговечность зданий и их способность в полной мере отвечать назначению достигаются благодаря комплексу организационных и технических мероприятий по содержанию и своевременному восстановлению конструктивных элементов, инженерных систем и оборудования. Этот комплекс работ является системой планово-предупредительных ремонтов. Существуют текущий и капитальный ремонты. Они подразделяются на планово-предупредительный (профилактический), аварийный (непредвиденный), текущий ремонт, планово-предупредительный (комплексный) и выборочный капитальный ремонт.

Текущий ремонт состоит в систематически проводимых работах по предохранению частей здания и оборудования от преждевременного износа и ликвидации возникающих мелких повреждений и неисправностей.

Капитальный ремонт заключается в восстановлении эксплуатационной надежности всех конструкций, санитарно-технических систем и инженерного оборудования в связи с их физическим или моральным износом.

При каждом очередном плановом капитальном ремонте состав восстанавливаемых элементов меняется, т.к. межремонтные сроки службы конструкций, инженерных систем и оборудования различны. В соответствии с действующими нормативами периодичность восстановительных работ различна и зависит от долговечности конструктивных элементов. Например, через девять лет с начала эксплуатации здания ремонтируют крышу, фасады, лестничные клетки, систему горячего водоснабжения и т.д.

Через очередные девять лет ремонтируются система отопления, водоснабжения и канализации, электрооборудования, элементы благоустройства.

Работы текущего и капитального ремонтов не предусматривают перепланировки помещений и изменения объема здания.

Модернизация зданий предусматривает его переустройство с частичным изменением планировочных решений, снижением уровня физического и морального износа как конструктивных элементов, так и инженерного оборудования. При модернизации зданий их габариты и объем остаются неизменными.

Основная цель модернизации состоит в повышении эксплуатационной надежности зданий и продлении жизненного цикла.

Санация зданий состоит из комплекса ремонтно-восстановительных работ, отвечающих современным требованиям СНиП, без изменения планировочных решений. В состав работ данного цикла входят: повышение теплоизоляции наружных стен путем замены оконных и балконных заполнений, утепления стенового ограждения; выполнение кровельных работ с утеплением чердачного пространства; замена морально изношенного инженерного оборудования, сетей отопления и водоснабжения; производство внутренних ремонтно-восстановительных работ; создание архитектурной выразительности фасадных поверхностей.

Реконструкция зданий представляет собой их переустройство с изменением планировочных решений, надстройкой и пристройкой дополнительных объемов, с изменением назначения, повышением эксплуатационной надежности и долговечности. При реконструкции достигаются продление жизненного цикла зданий, повышение энергоэффективности, ликвидация физического и морального износа.

Роль технологии в процессах реконструкции зданий достаточно велика. Она объединяет простые и сложные строительные процессы, различающиеся по основным элементам производства. Эффективность технологий зависит от уровня взаимодействия процессов, современных средств механизации, использования новых материалов.

Производство строительно-монтажных работ по реконструкции основывается на ряде общих принципов, к числу которых относятся:

- технология отдельных строительных процессов должна соответствовать современному уровню производства и обеспечивать строительную продукцию, отвечающую требованиям норм и стандартов;

- ведущим строительным процессом является технологический процесс возведения или усиления несущих конструкций здания;

- возведение несущих конструкций должно обеспечивать геометрическую неизменяемость, пространственную устойчивость и прочность отдельных частей и здания в целом;

- ведущий строительный процесс осуществляется в полной технологической увязке с производством смежных видов работ;

- ведущие процессы осуществляются поточными методами производства работ, обеспечивающими максимальное совмещение сопутствующих процессов и сокращение сроков производства реконструктивных работ;

- каждый специализированный поток оснащается грузоподъемным механизмом, комплектом технологических средств, инструментом и инвентарем;

- материальные ресурсы, необходимые для производства работ, должны отвечать параметрам современных технологий;

- технологические процессы должны соответствовать экологическим требованиям и не наносить ущерб окружающей среде.

Технология реконструктивных работ, как правило, связана с усилением, разборкой ограждающих или несущих конструкций, надстройкой и обстройкой зданий. Это обстоятельство требует разработки методов и принятия прогрессивных технологий, снижающих возможность потери устойчивости отдельных элементов и здания в целом.

Фактор безопасности жильцов и рабочих существенно влияет на принятие технологий, уровень их механизации и методы производства работ, особенно при реконструкции зданий без отселения или с частичным отселением жильцов.

В первую очередь это относится к размещению кранов, подъемников, бетононасосов и др. технических средств, работа которых связана с перемещением грузов в определенном радиусе действия, и к наличию опасных зон.

Должны приниматься технические решения, снижающие затраты ручного труда, повышающие производительность и исключающие негативное влияние на проживающих: производственного шума, вибраций, запыленности и т.п.

Фактор стесненности существенно влияет на принятие технологий, методы производства работ, степень механизации, обеспечивающие сокращение трудоемкости и продолжительность строительных процессов.

Одними из главных требований технологического процесса являются высокий технико-экономический уровень, стабильность производственных показателей, технологичность и конкурентоспособность технологий, что позволяет получать высокий уровень качества продукции.

На технологию реконструктивных работ решающее влияние оказывают соблюдение требований технологических карт, инструкций, руководств и пооперационный контроль качества работ инструментальными средствами.

Снижение продолжительности работ достигается использованием новых технологий и материалов, организационно-технологическими приемами, основанными на поточных методах производства работ: частный поток - для простых процессов; специализированный - для комплексных и объектный поток - для общих строительных процессов.