Надежность зданий и сооружений Лекция 2 1

Надежность зданий и сооружений Лекция 2 1

1. Понятие надежности, основные критерии Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования [ГОСТ 27. 002 -89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения]. Безотказность - это свойство объекта сохранять работоспособность без вынужденных перерывов в течение заданного периода времени до появления первого отказа (межремонтный период). Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с перерывами на ремонтноналадочные работы и устранения возникших неисправностей. Ремонтопригодность – свойство элементов здания к предупреждению и устранению отказов и повреждений путем проведения технического обслуживания и выполнения плановых и неплановых ремонтов. 2

За безотказность обычно принимают отношение числа однотипных элементов, которые за данный промежуток времени могут работать безотказно, к общему числу этих элементов, что определяется следующей формулой: 3 где P – безотказность элемента за данный промежуток времени; N 0 – число элементов данного типа, проработавших безотказно в течение данного промежутка времени; N – общее число элементов данного типа. Долговечность характеризуется временем, в течение которого в зданиях и сооружениях сохраняются эксплуатационные качества на заданном в проекте (нормах) уровне при условии проведения ремонтных работ. Долговечность зависит от физико-технических характеристик материала конструкций: прочности, тепло-, звукоизоляции, герметичности и других параметров. Оптимальная долговечность здания определяется таким моментом времени, в котором остаточная стоимость здания становится равной стоимости его обслуживания и ремонта.

Группы элементов здания по долговечности I группа несменяемые элементы (фундаменты, стены, каркас железобетонный, железобетонные перекрытия, покрытия), срок службы таких элементов совпадает со сроком службы здания и составляет 100 -150 лет 4 II группа сменяемые при комплексном капительном ремонте с одновременной модернизацией (перегородки, полы, окна, двери, инженерное оборудование, деревянные перекрытия, крыши и др. ), срок службы таких элементов составляет 25 -50 лет III группа сменяемые при выборочном и плановопредупредительном ремонтах (кровля, внутренняя и наружная отделка (без штукатурки), стыки панелей и др. ), срок службы таких элементов составляет 5 -9 лет За основу долговечности здания принимают срок службы его несменяемых элементов.

Ремонтопригодность конструкций – экономический показатель, определяется отношением стоимости ремонта к стоимости возведения новой конструкции: Р=Срем/Сн. к. , где Р – ремонтнопригодность; Срем – стоимость ремонта; Сн. к. – стоимость новой конструкции. Конструкция считается ремонтопригодной, если Р=0, 5÷ 0, 8. При Р>0, 8 конструкция неремонтопригодна. Для объектов культурного наследия понятие ремонтопригодности не применяется, а ремонтно-реставрационные работы проводятся на основании научно-технических исследований с обоснованием применяемых конструктивных приемов и технологий с точки зрения максимальной сохранности исторических фрагментов. 5

2. Снижение надежности происходит на всех стадиях строительства: • стандартизация и нормирование; • проектно-изыскательские работы; • строительно-монтажные и ремонтно-восстановительные работы; • эксплуатация объекта. Поэтому обеспечение надежности должно контролироваться на всех этапах создания и жизни объекта вплоть до его сноса. Постоянно должен контролироваться риск преждевременного исчерпания надежности – отказа. По статистическим данным отказ сооружения происходит: • в 7 -14% случаев по причине ошибок в проекте, • в 30 -47% случаев - по причине дефектов производства работ. Существует нормативный (научно-обоснованный) риск отказа сооружения, связанный с экономической целесообразностью затрат на тот или иной объем защитных мероприятий. Этот риск закладывается при проектировании объекта с учетом уровня его ответственности. 6

На этапе стандартизации и нормирования риск снижения надежности связан: • с противоречивыми требованиями, содержащимися в различных нормативных документах, • с неполнотой сведений по методам и средствам контроля и методам расчета. На этапе инженерных изысканий велика не только вероятность риска, но и его масштабность. Общие отказы зданий и сооружений могут происходить: • из-за недостоверности сведений в отчете об изысканиях; • из-за недостаточности сведений для проектирования фундаментов. На этапе проектирования риск снижения надежности объекта связан в основном со следующими причинами: • не учет всех нагрузок и воздействий, их величины, характера распределения, сочетания с другими воздействиями; • не учет всех особенностей работы строительных материалов (пластичность, хрупкость, старение, ползучесть и т. д. ); • неверно заданная расчетная схема сооружения. 7

Самыми характерными нарушениями производства работ являются: • отступления от проекта в планировочных и конструктивных решениях; • замена материалов, изделий и конструкций без согласования в проектной организацией; • нарушения допусков при монтаже конструкций (смещения, зазоры, крены, отклонения, взаимное расположение); • нарушение технологии изготовления; • применение бракованных материалов. На этапе эксплуатации преждевременное снижение надежности может произойти: из-за использования здания или его отдельных помещений не по назначению; по причине несвоевременного устранения дефектов. 8

3. Обеспечение надежности конструкций и здания в целом являются целью проектирования, при этом должны учитываться способы строительства, средства производства и условия будущей эксплуатации. Надежность не является постоянной величиной, поэтому на стадии проектирования необходимо предусмотреть научнообоснованный запас надежности, который бы обеспечил безопасную эксплуатацию здания и его отдельных элементов в течение нормативного срока их службы. Запас надежности на стадии проектирования обеспечивается коэффициентом запаса (надежности) γ, величина которого задается как произведение четырех коэффициентов надежности: γ= γm×γf×γd×γn, 9 где γm – коэффициент надежности по материалу; γf - коэффициент надежности по нагрузке; γd - коэффициент учета работы конструкций; γn - коэффициент надежности по ответственности.

В процессе эксплуатации в первую очередь снижается запас надежности по материалу, так как он подвергается естественному старению и воздействиям внешним и внутренним. В аварийном состоянии резерв прочности по материалу будет полностью исчерпан, то есть γm=1 и общий коэффициент запаса снизится до γ=1÷ 1, 2, в момент разрушения - γ<1. 10

4. Оценка надежности проводится в следующих случаях: проектирование и проведение нового строительства, капитального ремонта и реконструкции; большой срок эксплуатации (превышающий нормативный) без ремонтных работ; нарушения условий нормальной эксплуатации; аварии и пожары; чрезвычайные природные воздействия. Показателем надежности является количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. К параметрам, характеризующим надежность строительных конструкций и оснований, относят : 1) расчетные значения нагрузок; 2) внутренние усилия, напряжения в элементах; 3) деформации и перемещения конструкций, узлов, оснований; 4) раскрытие трещин. 11

Условием обеспечения надежности является соответствие расчетных значений параметров надежности их предельным значениям, устанавливаемым нормами проектирования конструкций и оснований [ГОСТ 27751 -88. Надежность строительных конструкций и оснований]: σ ≤ R, a ≤ acrc, f ≤ f u. Строительные конструкции и основания рассчитывают по методу предельных состояний, позволяющему обеспечивать безотказность с учетом изменчивости свойств материалов, грунтов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности объектов. Предельные состояния подразделяются на две группы: первая группа включает предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций, оснований (зданий или сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом; вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (оснований) или уменьшающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы. 12

Универсальной мерой надежности сооружения служит вероятность его разрушения (частота вероятного разрушения сооружения в год). 13

Косвенно надежность сооружения может быть оценена: условной надежностью в баллах ( =Р/5, где Р – удельная оценка надежности по методу экспертных оценок), в виде коэффициента надежности (запаса) прочности сооружения, категорией его технического состояния. 14

15

16

17

Снижение несущей способности (поврежденность), % 0 -5 25 -50 Категории технического состояния исправное работоспособное ограниченно работоспособное недопустимое свыше 50 аварийное 5 -15 15 -25 18 Эксплуатационная пригодность без ограничений требуется текущий ремонт требуется капитальный ремонт требуются страховочные мероприятия и капитальный ремонт с усилением требуется ограждение аварийных участков, ремонтно-восстановительные работы при обосновании