Методы и требования проведения диагностики конструкций зданий и сооружений

В общем виде можно выделить четыре группы методов распозна­вания, используемые в технической диагностике: вероятностные и статистических решений; разделения в пространстве признаков; мет­рические и логические.

При этом ставится целью получить следующие результаты:

• количественные показатели параметров технического состоя­ния, регулируемых нормами и техническими регламентами проекти­рования и строительства (СНиП, СП, ГОСТ и т.п.), и несоответствия фактических характеристик нормативным, а также причины такого отклонения;

• параметрические характеристики технического состояния кон­струкций и зданий.

Диагностика зданий и сооружений должна обеспечить получение информации о техническом состоянии конструкций, элементов, уз­лов и стыков. Техническая диагностика является одним из элементов общей теории надежности. Ее конкретные задачи связаны с ранним обнаружением дефектов и неисправностей конструкций, использо­ванием ресурса оптимизаций процессов технической эксплуатации.

Оценка состояния конструкций на различных этапах эксплуата­ции зданий устанавливает признаки и причины повреждений, позво­ляет выявить дефектные, разрушающиеся конструкции, определить степень и границы повреждений с тем, чтобы своевременно и качест­венно отремонтировать их. В связи с этим необходимо осуществлять контроль за состоянием здания и инженерного сооружения с прием­ки его в эксплуатацию (приемочный контроль) до выявления дефек­тов перед постановкой на капитальный ремонт.

Система контроля предусматривает создание методов оценки, приборов и средств, позволяющих определить параметры техниче­ского состояния и их соответствие нормативным характеристикам. Данные, полученные в результате оценки состояния конструкций эксплуатируемых зданий, могут служить основой для улучшения ка­чества строительства, совершенствования методов возведения, их надлежащей эксплуатации и ремонта.

Нарушения нормального состояния зданий можно представить себе, с одной стороны, как нарушения, не затрагивающие основной конструктивной схемы зданий (повышенная влажность, нарушение свойств материалов, повреждение отделки и др.), и с другой — как нарушения основной конструктивной схемы (ослабление сечений элементов, деформации несущих конструкций и т. д.). Эксплуатаци­онный износ зданий является в основном результатом длительного силового воздействия и влияния внешней среды. При проектирова­нии, кроме условий работы, коэффициентами учитываются такие случайные факторы, как отклонение выполненной в натуре конст­рукции от запроектированной; несовпадение действительной работы конструкции с указанной в расчете и случайное изменение характера работы конструкции.

Если бы значения всех этих коэффициентов были совершенно достоверными, то более полно обеспечивалась бы предусмотренная проектом долговечность здания. Уточнение значения каждого коэф­фициента может быть достигнуто на основании накопленных экспе­риментальных и статистических данных.

В практике строительного комплекса широко применяют натур­ные или модельные испытания элементов конструкций или целых конструкций в реальных условиях работы. Вместе с тем статистиче­ские данные не могут быть в полной мере накоплены и систематизи­рованы без применения современных математических вычислитель­ных устройств. В прошлом не было необходимости в накоплении этих данных, так как кирпичные здания строили со значительными запасами прочности и они не испытывали на себе влияния от случай­ных нагрузок. В настоящее время необходимость накопления экс­плуатационных данных и сведений о периодичности внешних воз­действий на здание в целом и его элементы очевидна.

Основными параметрами, подлежащими контролю для поддер­жания нормального состояния зданий, являются:

  • общая и местная прочность конструкций;
  • пространственная жесткость здания, общие и местные дефор­мации;
  • влагонасыщение элементов конструкций;
  • теплотехнические свойства ограждающих конструкций;
  • коррозия металлических связей между элементами сборных конструкций и инженерного оборудования, а также несущих метал­лических конструкций;
  • воздухо- и влагопроницаемость стыков между элементами огра­ждающих конструкций (для крупнопанельных и крупноблочных зда­ний);
  • воздухо- и влагопроницаемость между оконными проемами и стеновыми панелями.
  • Определяется техническое состояние:
  • опорных частей;
  • кровельных покрытий, карнизов, балконов, желобов и водо­сточных труб;
  • отделки фасадов зданий;
  • фундаментов и гидроизоляции стен, а также деревянных конст­рукций.
  • Выявляются также:
  • состояние и работа деформационных швов:

состояние и правильность монтажа санитарно-технических, электротехнических и других систем инженерного оборудования: тепловой режим, загазованность помещений, вентиляция и ос­вещенность.

Важным вопросом технической эксплуатации зданий является определение момента начала контроля и его периодичности. В общем виде эта задача относится не только к зданию, но и к совокупности зданий и конструкций (например, периодичность контроля состоя­ния кровель в ДЕЗах или товариществах собственников жилья — кондоминиумах). В этом случае в совокупности элементов N, находя­щихся на обслуживании, имеется п дефектных элементов. Тогда от­ношение n/N есть оценка вероятности появления дефектного эле­мента

21

Если предположить, что существует некоторый прогнозирующий параметр, критические значения которого предвещают отказ, и имеющий распределение плотности вероятности, описываемой функцией f\{t) (п\ — число элементов, достигающих критического значения этого параметра к моменту т), то

23

an1 = NP1

На рис. 1.7 представлены в общем виде кривые распределения значений прогнозируемого параметра f1(t) и отказа элемента f2(t).

При проведении обследования до момента τ10 отказы нельзя вы­явить. Целесообразно начать контроль со времени τ11. Значение от­резка времени tp1 зависит от трудоемкости контроля и ремонта и ко­личества ремонтируемых элементов. Начало второго осмотра после устранения дефектов следует начинать не с момента времени τ21, а не­сколько раньше на время tp2, необходимое для ремонта элементов.

Наиболее полную оценку поведения эксплуатируемых зданий дают комплексные натурные исследования, которые можно разде­лить на два типа:

  • натурные испытания напряженно-деформированного состоя­ния конструктивной системы здания в различных условиях и натур­ные исследования ее состояния;
  • исследование работы отдельных несущих и ограждающих кон­струкций здания.

В этих исследованиях используются новые и совершенствуются существующие методики обследования эксплуатируемых зданий, разрабатываются основы новых технических средств и способов ис­следования, например фотограмметрии деформаций конструкций, графоаналитических методов контроля деформаций, тензометрирования, истираемости конструкций и др.

Однако проблема комплексной оценки качества и надежности зданий включает в себя кроме количественных параметров, измеряе­мых расчетными технико-экономическими показателями, и качест­венную оценку, определяемую результатами творческой деятельно­сти человека и характеризуемую лишь словесным описанием. Понят­но, что последняя в силу субъективности и нечеткости формулировок более конкретно может быть использована не для оценки промежуточных состояний конструкций здания, а для полярных состояний: нормального эксплуатационного и аварийного.

24

Р и с. 1.7. Определение времени на­чала и периодичности контроля конструкций:

τ11 — момент проведения первого контроля;

τ12 — момент проведения второго контроля 65.3

Рис. 1.6. График зависимости характеристик  от значения t

Для оценки качества жилища можно использовать методику пе­ревода словесного описания в количественное выражение на основе оценки объекта признаками, имеющими пару противоположных (би­полярных) характеристик (например, просто — сложно, удобно — неудобно, гармонично — механистично и т. д.). Каждая такая пара характеристик имеет и промежуточные значения, подчеркивающие меры их проявления, и, может быть, поэтому представлена в виде спаренной шкалы балльных оценок, что позволяет однозначно опре­делять положительные или отрицательные значения характеристики и устанавливать их относительную количественную величину в ус­ловном диапазоне.

Пример оценки жилища приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Оценка качества жилища

Характеристика Шкала оценок Характеристика
5 4 3 2 1 1 2 3 4 5
Удобно * Неудобно
Рационально * * Нерационально
Естественно * Принужденно
Просторно * Затесненно
Просто Сложно

С учетом значимости каждого показателя может быть получена формализованная оценка показателей, которая недоступна методам квантификации.

При анализе причин аварий сооружений рекомендуется исполь­зовать ряд стандартных описаний методов проектирования и строи­тельства:

1а — нагрузки, принятые при проектировании, хорошо соответ­ствуют реальным нагрузкам;

16 — любые изменения в величинах принятых параметров хоро­шо учтены;

2а — расчетная модель хорошо представляет поведение реальных конструкций при условии соблюдения ее при строительстве;

26 — количество и качество информации об аналогичных конст­рукциях и зданиях, имеющейся в распоряжении проектировщиков, являются достаточными;

За — имеющаяся информация относительно вероятности воз­никновения случайных опасностей (землетрясение, взрывы и т. п.) является достаточной;

36 — конструкции к этим явлениям чувствительны;

4а — материалы, предназначенные для использования в сооруже­нии, хорошо опробованы и испытаны в аналогичных зданиях;

46 — в расчетах учтены все возможные изменения, которые могут возникнуть в материалах конструкций;

4в — форма конструкций хорошо испытана;

4г — в величинах основных параметров, определяющих форму конструкций, нет ступенчатых изменений по сравнению с известны­ми эксплуатируемыми конструкциями;

4д — отсутствует опасность такого поведения конструкции, кото­рое ранее никогда не было критическим для данной формы конструк­ции;

4е — нет информации об использованных материалах и конст­рукциях;

5а — в расчетной схеме, принятой проектировщиками, вероят­ность ошибок незначительна;

56 — проектировщики опытны для подобной работы;

5в — персонал, осуществляющий строительство и приемку, имеет достаточный опыт;

6а — методы строительства (включая изготовление изделий) хо­рошо опробованы и испытаны;

66 — конструкции позволяют любые методы монтажа;

6в — вероятность строительных ошибок незначительна;

6г — подрядчик является опытным для данного строительства.

Экспертная оценка аварий по этим описаниям дополняется ука­заниями о степени уверенности в правдивости и важности утвержде­ния, для чего указываются два из следующих описаний:

1.Очень большая уверенность      А. Очень небольшое значение

2.Большая уверенность                 Б. Небольшое значение

3.Средняя уверенность                 В. Среднее значение

4.Слабая уверенность                   Г. Большое значение

5.Очень слабая уверенность        Д. Очень большое значение

Таким образом, появляются параметры разрушения конструк­ций, анализ которых проводится с помощью нечетких множеств.

Отсюда следует, что комплексно-статистический метод контроля надежности эксплуатируемых зданий основан на оценке расчетных показателей надежности и анализе непараметрических характери­стик. Базой этого контроля является подробное обследование жилых зданий в целом и отдельных конструкций, контроль их технического состояния, изучение повреждений, износа, дефектов и неисправно­стей.

Среди субъективных оценок технического состояния следует от­метить оценку объема повреждений (дефектов), который в большин­стве случаев выражается в процентах от общего объема (площади) конструкций.

Это необходимо при определении физического износа, монито­ринге технического состояния, осмотрах зданий.

В связи с этим важным элементом технологии диагностики кон­струкций является оценка достоверности результатов обследования. При этом должны приниматься во внимание различные факторы и условия, влияющие на точность оценок. В этом расчете учитываются:

  • квалификация специалистов — Р1= 0,99 — 0,97;
  • граниченность доступа к обследованию конструкций, узлов, помещений и т. д. — Р2 = 0,99 - 0,95;
  • сезонные ограничения — Р3 = 0,98 - 0,944;
  • точность измерения — Д = 0,99 - 0,98 и т. д.

Общая достоверность составляет

Pq=P1P2P3P...Pi.

Целесообразно в техническом задании на выполнение обследова­ния указывать необходимую достоверность в зависимости от цели ди­агностики.

В техническом заключении должна быть подтверждена достовер­ность обследования, подписанная руководителем работ.

Успешное и достоверное обследование зданий основывается главным образом на профессиональной подготовленности и опыте специалистов, выполняющих экспертизу. Ими обычно накаплива­ются знания по четырем направлениям:

  • нормы проектирования и технические регламенты строительст­ва и содержания жилых зданий и основные нормативные и методиче­ские документы, используемые при экспертизе зданий прилож. 1;
  • технические решения узлов конструкций конструктивных схем зданий (см. гл. 2);
  • «типовые» повреждения, дефекты конструкций. Около 95 % отка­зов конструкций постоянно повторяются. Перечень характерных по­вреждений и деформаций строительных конструкций приведен в при­лож. 2;
  • методы и средства контроля, технология измерений. Основные методы и средства измерения конструкций и систем жилых зданий приведены в прилож. 3.

В современных условиях сбор, анализ, хранение такой информа­ции несколько облегчаются использованием компьютеров и Интер­нета.

Обследование строительных конструкций выполняют квалифи­цированные группы инженерно-технических работников, специаль­но подготовленных и оснащенных необходимыми средствами изме­рений и испытательным оборудованием. Такие группы могут иметь учреждения и организации независимо от форм собственности и под­чиненности, получившие в установленном порядке право на занятие указанным видом деятельности.

Приказом по организации закрепляются лица, имеющие право быть руководителями и ответственными исполнителями работ (со стажем обследования зданий и сооружений данного типа не менее 10 лет).

Состав группы, обследующей конкретный объект, определяется видом и объемом выполненных работ и может быть различным по ко­личеству, но во всех случаях не менее трех человек.

Для проведения обследования и согласования принимаемых технических решений к основной группе могут привлекаться пред­ставители служб заказчика, а также представители организаций, вы­полнявших проектирование и строительство объекта.

При проведении обследования строительных конструкций разре­шается использовать только те средства измерений и испытательное оборудование, которые прошли государственную метрологическую поверку или аттестацию в соответствии с прилож. 1,п.68, 104.

Эксплуатация и техническое обслуживание средств измерений и испытательного оборудования должны выполняться в соответствии с требованиями, изложенными в их техническом описании.

Инициатором проведения обследования могут выступать физи­ческие или юридические лица, ответственные за техническое обслу­живание, орган государственного контроля за техническим состоя­нием зданий.

Владелец здания обязан обследовать объект в сроки, предписан­ные соответствующими нормативами. Для организации указанной работы владелец здания издает приказ (распоряжение) по предпри­ятию с указанием объектов, подлежащих обследованию, видов, сро­ков обследования, лиц, ответственных за организационно-техниче­ское обеспечение работой, источников финансирования.

Основанием к проведению обследования является договор между заказчиком и подрядчиком и задание на выполнение работ.

Предварительно, перед заключением договора и подписанием за­дания, специалисты исполнителя (с участием предполагаемого руко­водителя работ) должны на месте ознакомиться с объектом обследо­вания для оценки объемов работ.

В задании, утвержденном заказчиком и согласованном с испол­нителем, в краткой форме излагается основная цель проведения об­следования, приводятся сроки выполнения работ.

По требованию исполнителя в договоре на заказчика могут возла­гаться работы по обеспечению доступа к обследуемым элементам, по вскрытию конструкций в необходимых местах, отрывка шурфов, хи­мический анализ воды, устройство страховочных подмостей, времен­ных креплений и другие вспомогательные работы. Для выполнения работы (перед ее началом) заказчик представляет исполнителю всю проектную и исполнительную документации по объекту, данные о проведенных ремонтах и реконструкциях, изменения во время техно­логических нагрузок, включая последние сведения о размещении оборудования и нагрузках.

Владелец здания обязан в течение всего срока эксплуатации хра­нить техническую документацию. При утере тех или иных докумен­тов они должны быть восстановлены владельцем здания путем копи­рования, обмеров и т. д. Владелец несет ответственность за полноту и достоверность документации, представляемой при обследовании.

Другие особенности взаимоотношений заказчика и исполнителя работ определятся условиями договора и действующим законода­тельством.