За счет каких свойств обеспечиваться надежность работы здания в процессе эксплуатации

Моральный износ здания меняется скачкообразно по мере изменения социальных требований, но моральному износу здания подвергаются гораздо быстрее, чем физическому.

Старение здания сопровождается физическим и моральным износом, но закономерности изменения факторов, вызывающих физический и моральный износы, различны. Моральный износ в процессе эксплуатации нельзя предупредить. Методами проектирования с учетом прогноза научно-технического прогресса можно получить объемно-планировочные и конструктивные решения, способные обеспечить соответствие их действующим требованиям на более длительный период эксплуатации.

Устранение физического износа производится путем замены изношенных конструкций здания. Так как сроки службы различных конструкций могут значительно отличаться, в течение периода эксплуатации некоторые конструкции приходится менять, иногда даже по несколько раз.

Иногда конструкции и инженерные системы здания с незначительным физическим износом требуют замены из-за морального износа.

Наиболее экономичными проектными решениями считаются такие, при которых сроки морального и физического износа конструкций и систем зданий совпадают. В этом случае коэффициент, учитывающий соотношение износов, стремится к единице.

5. Срок службы зданий

Под сроком службы здания понимают продолжительность его безотказного функционирования при условии осуществления мероприятий технического обслуживания и ремонта. Продолжительность безотказной работы элементов здания, его систем и оборудования неодинакова

При определении нормативных сроков службы здания принимают средний безотказный срок службы основных несущих элементов: фундаментов и стен. Срок службы других элементов может быть меньше нормативного срока службы здания. Поэтому в процессе эксплуатации зданий эти элементы приходится заменять, возможно, несколько раз.

Изнашивание зданий и сооружений заключается в том, что отдельные конструкции и здания в целом постепенно утрачивают свои первоначальные качества и прочность. Определение сроков службы конструктивных элементов является сложной задачей, так как результат зависит от большого количества факторов, влияющих на износ.

Нормативные сроки службы зданий зависят от материала основных конструкций и являются усредненными.

В течение всего срока службы здания элементы и инженерные системы подвергают техническому обслуживанию и ремонту. Периодичность ремонтных работ зависит от долговечности материалов, из которых изготавливаются конструкции и инженерные системы нагрузок, от воздействия окружающей среды и других факторов.

Нормативный срок службы элементов здания устанавливают с учетом выполнения мероприятий технической эксплуатации зданий.

Задачей мероприятий технической эксплуатации зданий является устранение физического и морального износа конструкций и обеспечение их работоспособности. Надежность элементов обеспечивается при выполнении комплекса мероприятий технического обслуживания и ремонту зданий.

Надежность – это свойство элемента выполнять функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого периода.

Надежность здания определяется надежностью всех его элементов.

Надежность — это свойство, обеспечивающее нормативный температурно-влажностный и комфортный режим помещений, сохраняющее при этом эксплуатационные показатели (тепло-, влаго-, воздухо-, звукозащиту) в заданных нормативных пределах, прочность, декоративные функции в течение заданного срока эксплуатации.

Надежность характеризуется следующими основными свойствам: ремонтопригодностью, сохраняемостью, долговечностью, безотказностью.

Ремонтопригодность — приспособленность элементов здания к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и повреждений путем проведения технического обслуживания и выполнения плановых и неплановых ремонтов.

Сохраняемость — способность отдельных элементов, а также здания в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения, транспортировки, старению до монтажа.

Долговечность — сохранение работоспособности до наступления предельного состояния с перерывами для ремонтно-наладочных работ устранения внезапно возникающих неисправностей.

Безотказность — сохранение работоспособности без вынужденных перерывов в течение заданного периода времени до появления первого или очередного отказа.

Отказ — это событие, заключающееся в потере работоспособности конструкции или инженерной системы.

При замене отдельных элементов их безотказность повышается, но не достигает первоначальной, так как в конструкциях всегда существует остаточный износ элементов, которые в течение всего срока эксплуатации не меняется. Эта закономерность является причиной нормального износа здания.

Оптимальную долговечность зданий определяют с учетом предстоящих затрат на его эксплуатацию за весь срок службы.

Чем реже ремонтируют конструктивные элементы и стоимость этих ремонтов минимальна, тем больше оптимальный срок службы элементов и здания в целом.

Каждое здание должно удовлетворять ряду требований технических, экономических, архитектурно-художественных, эксплуатационных.

6. Эксплуатационные требования к зданиям

Эксплуатационные требования подразделяются на общие и специальные.

Общие требования предъявляются ко всем зданиям, специальные — к определенной группе зданий, отличающихся спецификой назначения или технологией производства. Общие и специальные эксплуатационные требования содержатся в нормах и технических условиях на проектирование зданий.

Специальные требования, определяемые назначением здания, отражаются в техническом задании на проектирование.

Срок службы зависит от условий эксплуатации.

Эксплуатационные требования предъявляются к зданиям исходя из принятых объемно-планировочного и конструктивного решений, предусматривающих минимальные затраты на техническое обслуживание и ремонт конструкций и инженерных систем.

При проектировании зданий и сооружений необходимо обеспечить ряд требований: конструктивные элементы и инженерные системы должны обладать достаточной безотказностью, быть доступными для выполнения ремонтных работ (ремонтопригодность), необходимо устранять возникающие неисправности и дефекты, производить регулировку и наладку в процессе эксплуатации; предохранять конструкции от перегрузок; обеспечить санитарно-гигиенические требования к помещениям и прилегающей территории; конструктивные элементы и инженерные системы должны иметь одинаковые или близкие по значению межремонтные сроки службы; необходимо проводить мероприятия по контролю технического состояния здания, поддержанию работоспособности или исправности; подготовка к сезонной эксплуатации должна осуществляться наиболее доступными и экономичными методами; здание должно иметь устройства и необходимые для его нормальной эксплуатации помещения для размещения эксплуатационного персонала, которые отвечают требованиям соответствующих нормативных документов.

Основными конструктивными элементами, по которым определяемой срок службы всего здания, являются наружные стены и фундамент. Остальные конструкции могут подвергаться замене.

В современных зданиях увеличилось число конструктивных элементов, срок службы которых равен сроку службы основных.

Единые нормы амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства утверждаются правительством.

7. Капитальность зданий

При длительной эксплуатации здания его конструкции и оборудование изнашиваются. Под неблагоприятным воздействием окружающей среды конструкции теряют прочность, разрушаются, загнивают, подвергаются коррозии. Продолжительность службы конструкций зависит от материала, характера конструкции, условий эксплуатации. Одни и те же элементы в зависимости от назначения здания имеют различные сроки службы. Под сроком службы конструкций понимают календарное время, в течение которого под воздействием различных факторов они приходят в состояние, когда дальнейшая эксплуатация становится невозможной, а восстановление экономически нецелесообразно. В срок службы включают время, затраченное на ремонт. Срок службы здания определяется сроком службы несменяемых конструкций фундаментов, стен, каркасов.

Определение сроков службы конструктивных элементов является сложной задачей, так как зависит от большого количества факторов, способствующих износу.

Нормативный срок службы устанавливается строительными нормами и является усредненным показателем, который зависит от капитальности зданий.

По капитальности жилые здания в зависимости от материала стен и перекрытий делят на шесть групп по капитальности:

1. Особо капитальное (срок службы 150 лет);

2. Обыкновенное (срок службы 120 лет);

3. Каменное облегченное (срок службы 120 лет);

4. Деревянное, смешанное сырцовое (срок службы 50 лет);

5. Сборно-щитовое каркасное, глинобитное, саманное, фахверковое (срок службы 30 лет);

6. Каркасно-камышитовое (срок службы 15 лет).

Первая группа капитальности жилых зданий включает здания каменные, особо капитальные, нормативный срок службы таких зданий 150 лет. Введение в состав здания элементов из материалов с меньшим сроком службы ведет к уменьшению нормативного срока службы здания в целом. Например, шестая группа капитальности включает облегченные здания и сроком службы 15 лет.

Для каждой группы установлены требуемые эксплуатационные качества, долговечность и огнестойкость.

Прочность и устойчивость здания зависят от прочности и устойчивости его конструкций, надежности основания. Для обеспечения требуемых долговечности и огнестойкости основных конструктивных элементов зданий необходимо применять соответствующие строительные материалы.

Долговечность — это способность здания и строительных конструкций сохранять во времени свои эксплуатационные качества до наступления предельного состояния при условии проведения своевременного технического обслуживания и ремонта. Показателем долговечности является средний срок службы до первого капитального ремонта (см. прил. 1, 2, 3). Долговечность сооружений в свою очередь зависит от долговечности строительных материалов, из которых изготовлены их конструктивные элементы. При назначении строительных материалов для конструкций зданий или сооружений учитывается сопротивляемость их физическим, химическим, атмосферным, агрессивным средам и прочим разрушающим воздействиям в заданных условиях эксплуатации [2, 10, 15].

Безотказность — это свойство объекта сохранять работоспособность в течение определенного времени до ремонта.

Надежность характеризуется способностью здания и отдельных строительных конструкций выполнять свои эксплуатационные качества в заданных пределах, в течение требуемого промежутка времени. Она базируется на долговечности и безотказности работы как строительных конструкций, так и всего здания в целом. Надежность здания ассоциируется с прочностью, причем не отдельных ее систем, а объекта в целом. При расчетах в проекте закладывается теоретическая прочность каждой строительной конструкции. После изготовления и строительства получаем фактическую прочность. Определение теоретической надежности требует учета: количества и качества используемых строительных конструкций и их элементов; режима и условий эксплуатации; условий стандартизации и унификации; возможности замены или ремонта отдельных конструкций и элементов. В реальных условиях изготовления и монтажа строительных конструкций возможны нарушения правил монтажа, низкое качество материалов и работ, плохой контроль на операциях при возведении здания, что существенно снижает его долговечность и надежность. Вместе с тем к дефектам, полученным в процессе строительства, добавляются внутренние и местные напряжения, не учтенные внешние воздействия, неграмотные или неквалифицированные действия обслуживающего персонала при эксплуатации здания.

В настоящее время здание можно отнести к сложной системе, требующей внимательного отношения и профессионального обслуживания. Сложные системы всегда можно привести к нескольким простым системам. Простые системы делятся на высшие и низшие, значимость которых не одинакова. Надежность здания зависит от изменения во времени величин действующих нагрузок и несущей способности строительных конструкций. На начало эксплуатации — это определенная величина, с течением времени она меняется, поскольку изменяются условия нагружения конструкций, качество материала, условия эксплуатации. Все время эксплуатации условно можно разделить на три периода: период приработки, период нормальной эксплуатации и период интенсивного износа. В период приработки интенсивность появления повреждений достаточно велика, поскольку проявляются все дефекты заводского изготовления строительных конструкций и существенные отклонения возведения. В период нормальной эксплуатации количество отказов уменьшается. Со временем могут проявиться внезапные концентрации нагрузок, протечки в стыках панельных зданий, промерзания углов в период сильных холодов и т.д. В процессе эксплуатации изменяются физические свойства материалов, из которых изготовлены строительные конструкции, следовательно, меняется техническое состояние всего здания. Причем все изменения носят случайный характер. То же касается внешних, природных воздействий.

Таким образом, надежность здания как сложной системы определяется стабильностью качества и эффективностью функционирования всех простых систем и сводится к установлению влияния на них отказов.

Под отказом понимаем событие, заключающееся в нарушении работоспособности конструкции и прекращении функционирования.

Отказы можно классифицировать:

• • по причине возникновения (внутренние, вызванные несовершенством конструкции; внешние, вызванные перегрузкой или изменением расчетной схемы);
• • по скорости появления (внезапные, вызванные чрезмерными нагрузками; постепенные, возникающие из-за изменения качества материалов во времени и старения);
• • по величине или диапазону (полные, частичные, не вызывающие полной утраты несущей способности и работоспособности);
• • по последствиям (незначительные, не приводящие к прекращению эксплуатации; значительные, приводящие к остановке эксплуатации здания);
• • по сроку эксплуатации (преждевременные, появляющиеся во время монтажа, случайные, износовые).

Отказы отдельных строительных конструкций или инженерных систем могут быть частичными и не всегда приводят к прекращению эксплуатации здания. Это происходит благодаря наличию определенной избыточности — некоторому запасу технических характеристик конструкций сверх минимально необходимых для выполнения заданных функций.

Постепенные отказы конструкций являются функцией времени и бывают вызваны главным образом старением материалов, накоплением внутренних напряжений. Внезапные отказы конструкций появляются при перераспределении и суммировании в узлах нагрузок, в результате действия дополнительных внешних нагрузок, неучтенных сочетаний нагрузок. Постепенный отказ конструкций можно исключить, если учесть все возможные изменения характеристик и параметров во времени. Внезапные отказы конструкций случайны, их нельзя полностью исключить или предсказать.

В отличие от простых систем, где имеются только два возможных состояния — нормальное эксплуатационное и отказ, — постепенные и внезапные отказы сложных конструкций взаимосвязаны и в определенной степени зависят друг от друга. Статистика показывает, что большая часть отказов конструкций и аварий происходит из-за так называемых мелочей: невыполнение всех проверочных расчетов конструкций, особенно по узлам при проектировании, неаккуратности рабочего при изготовлении изделий и монтаже при сборке, небрежности и неподготовленности обслуживающего эксплуатационного персонала.

В процессе эксплуатации дефекты накапливаются, изменяясь количественно и качественно. Оставленные без внимания незначительные дефекты могут привести к серьезным нарушениям целостности конструкций и даже к авариям. Надежная работа строительных конструкций возможна в случае, если во время эксплуатации принимаются эффективные меры по устранению дефектов или ограничению их вредного влияния. Чаще появляются отказы у зданий менее капитальных или временных. Капитальность здания определяется степенью огнестойкости и степенью его долговечности в заданных условиях эксплуатации (табл. 14, 15).

Принятая СНиП II-A.3-62 классификация предусматривает подразделение всех разновидностей жилых зданий на четыре класса по совокупности их капитальности и эксплуатационных качеств. При этом капитальность жилых зданий характеризуется степенью долговечности основных конструктивных элементов в заданных условиях эксплуатации и степенью огнестойкости этих элементов. Эксплуатационные требования к жилым зданиям определяются составом помещений, соотношением их площадей и объемов, инженерным оборудованием, качеством наружной и внутренней отделки, а также изделий и оборудования.

Жилые здания I класса должны проектироваться по долговечности и огнестойкости ограждающих конструкций не ниже I степени, число этажей при этом не ограничивается.

Жилые здания II класса должны проектироваться по долговечности и огнестойкость не ниже II степени, с количеством этажей не более девяти.

В жилых зданиях III класса долговечность должна быть не ниже II, а огнестойкость не ниже III степени, число этажей не более пяти.

Классификация жилых зданий по капитальности

Классификация зданий и сооружений по огнестойкости

Примечания: 1)в скобках указаны пределы огнестойкости, ч; 2) данное деление на степени введено СНиП П-А. 5-70, в котором дается девять примечаний, что следует иметь в виду при пользовании таблицей.

Жилые здания IV класса проектируются по долговечности не ниже III степени, степень огнестойкости при этом не нормируется, а высота не должна быть более двух этажей.