Долговечность и надежность зданий
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. [2,11,18].
Безотказность – это свойство объекта сохранять работоспособность в течение определенного времени, до ремонта.
Надежность характеризуется способностью здания и отдельных ее 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 у человека с прочностью, причем не отдельных ее систем, а в целом объекта. В проекте, при расчетах, закладывается теоретическая прочность каждой строительной конструкции. После изготовления и строительства получаем фактическую прочность. Определение теоретической надежности требует учета: количеств 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, монтажа строительных конструкций возможны нарушения правил монтажа, низкое качество материалов и работ, низкий контроль на операциях при возведении, что существенно снижает долговечность и надежность. Вместе с тем к дефектам, полученным в процессе возведения, добавляются внутренние и местные напряжения, не учтенные внешние воздействия, неграмотная или неквалифицированная эксплуатация обслуживающего персонала.
В настоящее время здание можно отнести к сложной системе, требующей внимательного отношения и профессионального обслуживания. Сложные системы всегда можно привести к нескольким простых систем. 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. Во времени могут проявиться: внезапные концентрации нагрузок, протечки в стыках панельных зданий, промерзания углов в период сильных холодов и т.д. В процессе эксплуатации, с течением времени, 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 монтажа 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, когда во время эксплуатации принимаются эффективные меры по устранению дефектов или ограничению их вредного влияния. Чаще появляются отказы у зданий менее капитальных или временно построенных.Капитальность здания определяется степенью огнестойкости и степенью долговечности его в заданных условиях эксплуатации.Табл.13,14
Принятая СНиП II-А.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 огнестойкости не ниже II степени, с количеством этажей не более девяти.
В жилых зданиях III класса степень долговечности должна быть не ниже II и огнестойкости не ниже III степени, а число этажей не более пяти.
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.
Классификация жилых зданий по капитальности
Группа капитальности | Расчётная долговечность, лет | Конструкция фундаментов | Несущие конструкции (колонны, стены) | Перекрытия и покрытия | Кровли | Сантехни-ческое оборудо-вание |
I | Железобетонные, бетонные, бутовые, бутобетонные | Железобетонные, бетонные, металлические, каменные | Железобетон-ные, металлические, деревянные | Металлические, керамические | По индивиду-альным требовании-ям и стандартам | |
II | ||||||
III | ||||||
IY | ||||||
Y | Тоже | Тоже + деревянные | Тоже + деревянные | Металличес-кие, деревянные, рулонные | По требова-ниям заказчика | |
YI | Тоже + деревянные | Тоже + деревянные и глинобитные | Металлич., деревянные, комбинированные | Тоже | Тоже |
Классификация зданий и сооружений по огнестойкости.
Степень огнестойкости | Основные строительные конструкции | |||||
несущие стены, стены лестничных клеток, колонны | наружные стены из навесных панелей и наружные фахверковые стены | плиты, настилы и другие несущие конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий | плиты, настилы и другие несущие конструкции покрытий | внутренние несущие стены (перегородки) | противопожарные стены | |
I | Несгораемые (2,5) | Несгораемые (0,5) | Несгораемые (1,0) | Несгораемые (0,5) | Несгораемые (0,5) | Несгораемые (2,5) |
II | Несгораемые (2,0) | Несгораемые (0,25); трудносгораемые (0,5) | Несгораемые (0,75) | Несгораемые (0,25) | Трудносгораемые (0,25) | Несгораемые (2,5) |
III | Несгораемые (2,0) | Несгораемые (0,25); трудносгораемые (0,15) | Трудносгораемые (0,75) | Сгораемые | Трудносгораемые (0,25) | Несгораемые (2,5) |
IV | Трудносгораемые (0,5) | Трудносгораемые (0,25) | Трудносгораемые (0,25) | » | Трудносгораемые (0,25) | Несгораемые (2,5) |
V | Сгораемые | Сгораемые | Сгораемые | » | Сгораемые | Несгораемые (2,5) |
Примечание. В скобках указаны пределы огнестойкости (ч).
Данное деление на степени введено СНиП II-А. 5-70, в котором дается девять примечаний, что следует иметь в виду при пользовании таблицей.
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы
1 Задачи теории надежности строительных конструкций
1. Задачи теории надежности строительных конструкций.
ПОНЯТИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЕЕ СВОЙСТВА
Обычный детерминистический подход к расчету конструкций состоит из двух этапов:
1) Вычисляются напряжения, деформации и перемещения в конструкциях, подверженных действию внешних нагрузок. Эта задача решается методами строительной механики, теории упругости, теории пластичности и т.д.
2) Вычисленные величины сопоставляются с нормативно допустимыми значениями. При этом решается задача надежности, долговечности и экономичности конструкции.
Однако реальная система и ее условия эксплуатации отличаются от идеализированной системы и условий, рассматриваемых на стадии проектирования. Фактически напряжения, деформации и перемещения являются случайными величинами из-за случайного характера внешних воздействий, прочностных и др. внешних условий. Поэтому надежность конструкции может быть определена с привлечением методов математической и статистической теории вероятностей.
В теории вероятностей главная задача — зная состав генеральной совокупности, изучить распределения для состава случайной выборки. Это прямая задача теории вероятностей. Обратная задача — когда известен состав выборки и по нему требуется определить, какой была генеральная совокупность. Это обратная задача математической статистики. Или, точнее, в теории вероятностей мы, зная природу некоторого явления, выясняем, как будут вести себя (как распределены) те или иные изучаемые нами характеристики, которые можно наблюдать в экспериментах. В математической статистике наоборот – исходными являются экспериментальные данные (обычно это наблюдения над случайными величинами), а требуется вынести то или иное суждение о природе рассматриваемого явления.
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. Или надежность также – устойчивость качества по отношению ко всем возможным возмущениям. Надежность – количественный показатель (промежуток времени, число рабочих циклов, число километров и т.д.).
В зависимости от назначения системы и условий ее эксплуатации надежность включает свойства: 1) безотказность; 2) долговечность; 3) ремонтопригодность; 4) сохраняемость и любые их сочетания.
Безотказность – вероятность безотказной работы конструкции за определенный промежуток времени.
Долговечность – вероятный промежуток времени безотказной работы конструкции.
Ремонтопригодность – вероятность того, что неисправная система может быть восстановлена за заданное время.
Содержание теории надежности – разработка методов оценки надежности систем и создание систем, обладающих заданными показателями надежности и долговечности.
Задачи расчета на надежность состоят в определении вероятности выхода конструкции из строя в заданных условиях, нахождении по заданной экономически целесообразной надежности требуемых размеров конструкции, допустимых нагрузок или оптимального срока эксплуатации, а также оценки надежности системы по имеющимся оценкам надежности составляющих ее элементов. В задачу теории надежности строительных конструкций входит также обоснование процедур нормирования расчетных характеристик. Специфика теории надежности строительных конструкций состоит в необходимости учета случайных свойств нагрузок и воздействий на сооружения, а также учета совместного действия случайных нагрузок на систему со случайными прочностными характеристиками.
Основное понятие теории надежности – отказ – событие, состоящее в нарушении работоспособности системы. Понятие отказа близко по смыслу к понятию предельного состояния. К предельным состояниям 1-й группы относятся: общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения, любое разрушение, переход в изменяемую систему, качественное изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин. Предельные состояния 2-й группы – недопустимые деформации конструкций в результате прогиба, поворота или осадок, характеризуемых разностью вертикальных перемещений узлов, отнесенных к расстоянию между ними, креном сооружения в целом, относительным прогибом или выгибом, кривизной элемента, относительным углом закручивания, горизонтальным или вертикальным смещением элемента или сооружения в целом, углом перекоса или поворота. К предельным состояниям 2-й группы относятся также недопустимые колебания конструкции, изменение положения, образование или раскрытие трещин.
Примеры отказов — обрушения, опрокидывания, потеря устойчивости, хрупкое разрушение, большие деформации и прогибы, механический или коррозионный износ, растрескивание и т.д.
Отказы вызваны влиянием случайных факторов, поэтому они носят случайный характер. За показатель (меру) надежности системы может быть принята вероятность Р безотказной работы в течение всего срока службы Т.
Недостатки теории надежности — сложно получить опытные данные в количестве, достаточном для последующей их обработки методами теории вероятностей. Сложно длительный срок проводить испытания конструкции для получения надежных выводов о ее долговременной работе.