Author: Беляев В.Н. Костриц А.И. Рогонский В.А. Шеряков В.Ф.
Tags: строительство строительные конструкции строительство зданий
ISBN: 5-87897-108-7
Year: 2004
Text
Эксплуатационная
надежность
сооружении .
в. А. Рогонский, А. И. Костриц, В. Ф. Шеря ков, В. Н. Беляев,
М. Б. Захарович, С. И. Кривоносов
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ
НАДЕЖНОСТЬ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Санкт-Петербург
ОАО «Издательство “Стройиздат СПб”»
2004
Книга выпущена при финансовой поддержке Комитета по печати
и связям с общественностью Санкт-Петербурга
Авторы:
Рогонский В. А., Костриц А. И., Шеряков В. Ф.,
Беляев В. Н., Захаревич М. Б., Кривоносов С. И.
Рецензент
д-р техн, наук, проф. О. А. Продоус
Рогонский В. А., Костриц А. И., Шеряков В. Ф. и др. Эксплуатацион-
ная надежность зданий и сооружений. С.-Петербург: ОАО «Издательст-
во “Стройиздат СПб”». — 2004. 172 с., ил.
ISBN 5-87897-108-7
Дана обобщенная теория эксплуатации и ремонта зданий перспективного пла-
нирования их капитального ремонта и реконструкции. Изложены научные основы
эксплуатационной надежности зданий и сооружений, методы контроля и оценки
состояния зданий. Особое внимание уделено статистической оценке надежности
эксплуатируемых конструкций и элементов по результатам их работы, а также ме-
тодам расчета структурной надежности сложных систем в условиях эксплуатации.
Первое издание книги вышло в свет в 1983 г. Настоящее издание дополнено ин-
формацией нормативного характера. В нем рассмотрены вопросы специфической
оценки надежности инженерных коммуникаций.
Предназначена для инженерно-технических работников научно-исследователь-
ских, проектных, строительных и эксплуатационных организаций.
ISBN 5-87897-108-7
© Рогонский В. А., Костриц А. И.,
Шеряков В. Ф., Беляев В. Н.,
Захаревич М. Б., Кривоносов С. Н., 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Рациональная эксплуатация зданий является одной из важнейших
народнохозяйственных задач. Затраты на текущие и капитальные ре-
монты жилых, гражданских, промышленных и сельскохозяйственных
объектов ежегодно превышают 20 млрд, руб., сотни тысяч рабочих и
служащих заняты в сфере обслуживания и ремонтов зданий. Жилищное
хозяйство нашей страны, так же как и система строительных организа-
ций, занимающихся ремонтами и реконструкцией промышленных зда-
ний, — это крупные отрасли народного хозяйства, перед которыми
поставлены задачи повышения жизненного уровня людей, интенсифи-
кации производственных процессов, подъема производительности тру-
да, дальнейшего повышения общественного производства.
Современное здание является сложным инженерным сооружением.
Для поддержания его в работоспособном состоянии требуются опреде-
ленные затраты на техническое обслуживание и ремонты. Расчеты пока-
зывают, что удлинение срока службы каждого производственного зда-
ния всего на 3—4 года при функциональном износе его в 15—25 лет и
физическом 60—80 лет позволяет экономить до 3% общих капиталовло-
жений по стране в год. Следовательно, проблема эксплуатационной на-
дежности зданий — это, по существу, проблема эффективности капита-
льных вложений.
Процессы старения строительных конструкций приводят к необходи-
мости ремонта зданий и сооружений, причем далеко не всегда степень
повреждения конструкции можно оценить по выходным параметрам
здания как системы. Поэтому возникает потребность в дефектации
строительных конструкций через заранее установленные промежутки
времени в соответствии с системой планово-предупредительных ремон-
тов зданий.
Теоретические исследования и практические разработки норматив-
ных документов по техническому обслуживанию и ремонтам зданий по-
казали, что как для промышленных, так и для гражданских зданий име-
ется, в основном, единый подход к рассмотрению вопросов их
надежности в процессе эксплуатации. Проблемы изучения надежности
давно вышли за рамки научных интересов узкой группы специалистов и
перешли в сферу практической деятельности проектировщиков, строи-
телей и эксплуатационников. Поэтому авторы сочли нецелесообразным
повторение в книге основных положений теорий надежности, вероятно-
стей и математической статистики.
Необходимость разработки теоретических основ эксплуатационной
надежности зданий вызывается целым рядом обстоятельств.
3
Во-первых, изучению надежности конструкций зданий в условиях
эксплуатации до сих пор не уделяется должного внимания. Сроки служ-
бы элементов производственных зданий, например, определяются нор-
мативными документами весьма ориентировочно.
Во-вторых, ускоренный износ конструкций зданий ведет к сокраще-
нию межремонтных сроков службы, что в свою очередь приводит к по-
вышенным затратам на эксплуатацию, к частым остановкам техноло-
гического оборудования промышленных предприятий.
В-третьих, знание закономерностей увеличения износов конструк-
ций во времени необходимо для правильного определения сроков заме-
ны или ремонта элементов зданий. Несоответствие фактических сроков
службы нормативным требует дальнейших исследований эксплуатаци-
онной надежности зданий.
В-четвертых, службы эксплуатации промышленных зданий мало за-
интересованы в снижении затрат на текущие и капитальные ремонты,
так как эти затраты практически не отражаются на себестоимости выпу-
скаемой продукции.
Таким образом, решение задач повышения эффективности эксплуа-
тации зданий невозможно без углубленной научной проработки и экс-
периментальной проверки путей совершенствования организации и тех-
нического уровня эксплуатации, ремонта и реконструкции зданий.
В первой редакции книги, вышедшей в 1983 г. (авторы В. А. Рогон-
ский, А. И. Костриц, В. Ф. Шеряков), приведен и проанализирован об-
ширный материал по оценке состояния эксплуатируемых промышлен-
ных и гражданских зданий, по применению математического
моделирования для определения оптимальных сроков их эксплуатации.
За 20 лет, прошедшие с выхода 1-го издания этой монографии, проб-
лема эксплуатационной надежности переросла в комплексную техни-
ко-экономическую проблему, привлекающую все более широкие круги
специалистов, работающих в самых разных областях строительного
комплекса (жилищное хозяйство, промышленные предприятия, объекты
железнодорожного транспорта и экологии).
Круг авторов, работавших над настоящим изданием, расширен за
счет ученых высших учебных заведений и научно-исследовательских ин-
ститутов, Министерства путей сообщения, Госстроя России, что позво-
лило более глубоко раскрыть проблему. В авторский коллектив вошли
специалисты по вопросам эксплуатационной надежности: канд. техн,
наук доцент Рогонский В. А. (ПГУПС), канд. техн, наук ст. науч. сотр.
чл.-кор. РЖКА Костриц А. И. (СПб НИИ АКХ), канд. техн, наук Ше-
ряков В. Ф. д-р техн, наук академик РЖКА Кривоносов С. И. (СПб
НИИ АКХ), д-р техн, наук академик РЖКА Захаревич М. Б. (Госстрой
России), канд. техн, наук Беляев В. Н. (Октябрьская железная дорога).
Во второй редакции книги представлены новые подходы к решению
проблем эксплуатационной надежности зданий различного назначения
и отдельных конструктивных элементов. Издание дополнено информа-
4
цией нормативного характера, взятой из отраслевых документов и вновь
изданных разделов СНиПа. В текст монографии включена новая глава,
связанная с оценкой эксплуатационной надежности железнодорожных
зданий. Рассмотрены также вопросы специфической оценки надежно-
сти инженерных коммуникаций.
Авторы не претендуют на исчерпывающее освещение всех затрону-
тых в книге вопросов и с благодарностью примут все замечания и поже-
лания читателей.
Пользуясь случаем, авторы считают своим приятным долгом выра-
зить благодарность д-ру техн, наук О. А. Продоусу, канд. техн, наук
С. К. Овчинниковой и Ф. М. Иохведову, ценные советы которых помог-
ли в работе над книгой.
Глава 1
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
1.1. ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ФОНДОВ
Обеспечение надежности зданий и сооружений является одной из
важнейших народнохозяйственных проблем, в равной степени актуаль-
ной на всех этапах функционирования здания или сооружения (проек-
тирование, строительство, эксплуатация). Вместе с тем надежность не
только техническая, но и экономическая категория, так как увеличение
сроков эксплуатации зданий и сооружений, снижение частоты ремонтов
в процессе эксплуатации эквивалентны экономическому эффекту, кото-
рый был бы получен только от возведения новых зданий.
Таким образом, основная цель изучения надежности — обеспечение
безотказной работы, а также минимальных затрат времени и средств на
техническую эксплуатацию и ремонты здания за установленный срок
службы. Это предусматривает целенаправленное исследование эксплуа-
тационной надежности конструктивных элементов здания путем реше-
ния ряда конкретных задач.
Первая задача состоит в определении конструктивных элементов, на-
дежность которых не удовлетворяет требованиям эксплуатации и снижа-
ет общий уровень надежности здания. Эта задача решается путем сбора
информации об отказах конструктивных элементов с последующей раз-
работкой конструктивно-технологических мероприятий по устранению
причин отказов, замене малонадежных элементов, их усилению и т. д.
Для решения первой задачи большое значение имеет совершенствова-
ние сбора информации о недостатках конструктивных элементов зданий
в процессе их эксплуатации.
Вторая задача связана с разработкой и корректировкой нормативов
периодичности и объема ремонтов, а также норм продолжительности
осуществления ремонтных работ. Для решения этой задачи требуются
достоверные данные о надежности элементов, о закономерностях увели-
чения темпов износа конструктивных элементов в зависимости от време-
ни эксплуатации. Для обоснования нормативов необходимо совершенст-
вовать методы инженерного анализа долговечности конструктивных
элементов.
6
Рис. 1.1. Схема свойстез здания, определяемых через качество
Третья задача заключается в определении показателей безотказности
и ремонтопригодности объектов. И здесь большое место занимают во-
просы технической эксплуатации и ремонтов конструктивных элемен-
тов и здания в целом. Главная проблема заключается в организации сис-
темы сбора данных об отказах, о трудоемкости и стоимости проведения
ремонтных работ, которые на научной основе позволят разрабатывать и
вводить системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) для раз-
личных зданий.
Таким образом, проблема эксплуатационной надежности зданий ох-
ватывает широкий круг вопросов, направленных на обеспечение и под-
держание высокой надежности как отдельных конструктивных элемен-
тов, так и всего здания в целом. Эта проблема является далеко не новой.
Она постоянно сопутствовала техническому прогрессу.
Большой вклад в развитие теории надежности внесли ученые
А. И. Берг, Б. В. Гнеденко, Г. В. Дружинин, А. М. Половко, Я. Б. Шор и
др. Среди специалистов по теории надежности строительных конструк-
ций следует назвать В. В. Болотина, А. Г. Ройтмана, А. Р. Ржаницына,
Б. М. Колотилкина, Н. Г. Смоленскую и др. [67, 76, 51, 77].
К любому строительному объекту предъявляется ряд требований, ко-
торые выражаются через определенную совокупность показателей каче-
ства этого объекта. Сопоставляя (рис. 1.1) надежность с категорией ка-
чества, можно установить, что качество носит более общий характер.
Надежность по отношению к качеству имеет подчиненный характер, так
как выражает только одну из его сторон: эффективность функциониро-
вания здания в зависимости от ряда показателей, часть из которых свя-
зана с факторами эксплуатации.
Надежность сооружения должна рассматриваться не только в зависи-
мости от его прочности и устойчивости, но также с точки зрения воз-
можности поддерживать в течение всего срока службы, предусмотренно-
го для этого сооружения, условий для нормальной эксплуатации.
Безопасность эксплуатации — самое важное требование, предъявляемое
7
к зданию или сооружению. Однако расчеты надежности строительных
конструкций остаются пока специфическими и не регламентируются
нормативами СНиПа.
Основные факторы, влияющие на надежную работу отдельных элемен-
тов и здания в целом, могут быть условно разделены на три основные
группы: проектные, строительные и эксплуатационные. Проведенный ав-
торами анализ статистических данных 10 крупнейших европейских
фирм показывает, что наибольшее значение для надежного функциони-
рования объекта имеет качество производства работ. Около 57% значи-
тельных повреждений зданий и сооружений произошло из-за наруше-
ния строительных работ, 21% повреждений объясняется дефектами
проектной документации и 22% — недостатками эксплуатации.
Исследования различными авторами [24, 30, 31, 45, 52] причин появ-
ления дефектов строительных конструкций и снижения их надежности в
процессе проектирования, возведения и эксплуатации позволяют ука-
зать основные факторы, влияющие на надежность зданий и сооруже-
ний:
1. Недостаточный учет конкретных условий производственной среды
и эксплуатационных факторов при проектировании.
2. Отсутствие экспериментальных данных о фактических темпах из-
носа и действительных физико-механических свойствах некоторых
строительных материалов в период эксплуатации.
3. Низкий производственный уровень контроля качества сырья и ма-
териалов, поступающих на заводы строительной индустрии, нарушение
режима изготовления изделий.
4. Отсутствие надлежащего авторского надзора за качеством произ-
водства работ.
5. Нарушение технических условий при производстве строительных
работ.
6. Отступление от проектных решений.
7. Отклонение или неправильная установка элементов при монтаже,
некачественное выполнение стыков, отсутствие монтажных связей.
8. Несоблюдение технических условий производства работ в зимнее
время.
9. Коррозия металлических закладных деталей здания и металла сты-
ков, разрушение кирпичной кладки, образование трещин в железобе-
тонных элементах (особенно для объектов, которые долгое время нахо-
дились в ряду незавершенных).
10. Отсутствие должной системы планово-предупредительных ремон-
тов эксплуатируемого здания.
11. Возраст здания, большие износи несущих и ограждающих конст-
рукций.
12. Нарушение правил эксплуатации.
Необходимо отметить, что результаты исследований надежности
строительных конструкций не позволяют пока выявить закономерности
8
для прогнозирования их долговечности. Основой современной теории
надежности является статистический подход к изучению таких событий,
как отказ и восстановление. Для применения методов математической
статистики весьма важным моментом является возможность многократ-
ного осуществления случайного события практически в одинаковых
условиях.
Физический подход к изучению надежности строительных конструк-
ций имеет много преимуществ перед вероятностным. При таком подхо-
де оценивается надежность конкретного элемента и имеется возмож-
ность с помощью специальных приборов и методов количественно
измерять и контролировать надежность строительных конструкций.
Однако, как отмечено выше, отказы строительных объектов наступа-
ют по ряду причин. Более 80% деформаций конструкций и сооружений
связано с воздействием нескольких факторов, изучение которых в комп-
лексе затруднено.
Кроме того, физический подход к изучению надежности строитель-
ных конструкций не позволяет учитывать фактор времени, являющийся
основным при расчетах надежности. Поэтому, оценивая надежность
элемента, нужно знать, какие типы отказов представляют наибольшую
опасность для конкретной конструкции и как скоро нормальные пара-
метры работы конструкции начнут меняться, угрожая отказом.
Недостаточный объем статистических данных, характеризующих на-
дежность элементов зданий, существенно затрудняет определение пара-
метров их надежности. Это зачастую рассматривается как серьезное пре-
пятствие для использования статистических методов определения
надежности конструкций зданий. Однако современный аппарат теории
надежности дает возможность отчасти обойти эти трудности.
В течение всего времени функционирования здания осуществляется
комплекс мероприятий, цель которых состоит в том, чтобы сохранить
его основные конструкции в рабочем состоянии на весь период эксплу-
атации.
Техническое обслуживание и текущие ремонты позволяют предохра-
нить части здания от преждевременного износа. При этом устраняются
небольшие повреждения конструкций здания или заменяются некото-
рые его элементы, срок службы которых невелик по сравнению с основ-
ными конструкциями здания.
Задача капитального ремонта заключается в том, чтобы поддержать
основные конструкции в удовлетворительном состоянии без осуществ-
ления коренных переделок здания.
И, наконец, реконструкция связана с улучшением объемно-планиро-
вочного решения здания, сменой некоторых его конструкций, улучше-
нием внутреннего благоустройства помещений и повышением уровня
инженерного оборудования.
Исследования показывают [22, 23, 51, 52], что опыт эксплуатации и
ремонта строительных объектов мало учитывается при проектировании
9
Зона техничес-
кого обслужива-
ния
Зона техни-
1X23 ческой эксплуа-
тации
ОЗона предель-
ных состояний
Рис. 1.2. Увеличение износов здания в зависимости от времени эксплуатации
зданий новых серий. В результате новые здания оказываются недоста-
точно подготовленными к работам по поддержанию исправности (тех-
ническому обслуживанию) и восстановлению работоспособности отде-
льных конструктивных элементов (ремонту). Таким образом, при
проектировании вне поля зрения остается вопрос ремонтопригодности.
Условно отказы строительных элементов можно разделить на два
класса: внезапные и постепенные. Внезапным отказом называется
практически мгновенный выход элемента из строя, который не может
быть предсказан по изменению величины эксплуатационных парамет-
ров во времени. Постепенным отказом называется длительный выход
параметров, характеризующих работоспособность, за пределы норма-
тивных допусков.
При нормальных условиях эксплуатации строительных конструкций
гражданских и промышленных зданий имеет место их постепенный из-
нос. Поэтому одной из важнейших задач исследования эксплуатационной
надежности зданий является прогнозирование постепенных отказов.
На рис. 1.2 представлена схема увеличения износов зданий в зависи-
мости от времени и области технического обслуживания, технической
эксплуатации и предельных состояний. Как видно из рисунка, зоны тех-
нического обслуживания и технической эксплуатации представляют со-
бой совокупность работоспособных состояний здания. Для поддержания
исправности объекта в зоне интенсивных износов производятся его те-
кущие и капитальные ремонты. Верхней границей зоны технического
10
обслуживания здания является уровень, превышение которого по техни-
ческим или экономическим соображениям ведет к нецелесообразности
осуществления любых видов ремонтных работ. Состояние здания в целом
для зоны предельных состояний может быть оценено как аварийное.
Конструктивные элементы здания имеют различные межремонтные
сроки службы. При этом у основных несущих конструкций здания сро-
ки эти больше, чем, например, у ограждающих или защитных конструк-
ций. Поэтому эксплуатационная надежность здания зависит как от его
капитальности, так и от удельного веса конструктивных элементов, име-
ющих различные сроки службы.
Количественные значения границы отказов для таких сложных объ-
ектов, какими являются современные здания, далеко неоднозначны. Их
устанавливают исходя из технических, экономических, технологических
и других требований. Поэтому количественные значения отказа не мо-
гут быть едиными для всех случаев эксплуатации объекта. При отказе
кровельного покрытия, например, аварии здания не наступает. Однако
нельзя забывать, что при неисправности кровли происходит намокание
стен и перекрытий, портится штукатурка здания, его покраска. Если та-
кое состояние сохраняется длительное время, то можно говорить о
преждевременном износе здания.
Сложность исследования надежности всех конструкций и систем жи-
лых домов заключается в многочисленности факторов, определяющих
надежность. Главные из них — вид материалов, тип конструкций и их
схем, качество изготовления изделий и монтажа, допуски и т. д. Часто
все эти требования взаимопротивоположны. При легких панелях из ме-
талла, дерева, пластмасс возникают большие деформации в процессе эк-
сплуатации, но допуски при их изготовлении значительно меньше. Еще
большие трудности при исследовании надежности эксплуатируемых зда-
ний связаны с использованием в жилых домах различных по физиче-
ским и структурным свойствам материалов.
Таким образом, под надежностью жилого здания в целом как слож-
ной системы прежде всего понимают стабильность показателей качества
и эффективности его функционирования, которая зависит от надежно-
сти конструкций и систем. Задача оценки надежности жилого здания
сводится к установлению факторов, определяющих надежность, а также
к выявлению влияния частных и полных отказов на качество функцио-
нирования объекта (рис. 1.3).
Важными проблемами анализа надежности конструкций и зданий
являются регламентация и нормирование всех характеристик. Их реше-
ние заключается в создании условий, при которых действительная на-
дежность возведенных зданий соответствовала бы заложенной в проекте
теоретической надежности, характеризуемой точными математическими
количественными определениями, и осложняется многообразием фак-
торов, влияющих на надежность при разных стадиях индустриального
строительства.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
Рис. 1.3. Факторы, определяющие
12
надежность здания
надежность зданий
13
1.2. ТЕРМИНЫ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Содержание этого параграфа можно было привести в предисловии к
настоящему изданию книги. Но авторы считают, что без единообраз-
ной трактовки терминов надежности невозможно изложение авторских
позиций и взглядов.
Может быть решающим моментом при покупке книги становится
интригующий заголовок «Эксплуатационная надежность»? Не часто он
встречается в технической литературе. Так же была названа первая ре-
дакция монографии и хочется верить, что с того времени этот термин
употребляется все чаще. Нередко в заголовки диссертационных работ
выносятся слова «исследования эксплуатационной надежности» раз-
личных конструктивных элементов зданий и сооружений.
Термин «эксплуатационная надежность» пока еще не вошел в госу-
дарственные стандарты, но повышенное внимание к вопросам совер-
шенствования методов и средств технической эксплуатации зданий
налицо. В настоящее время разработка новых нормативных докумен-
тов по проблеме надежности является приоритетным направлением
Госстроя России. В стране создается система нормативных докумен-
тов в соответствии с новыми экономическими условиями, законода-
тельством и структурой управления на базе ранее действующих в Рос-
сии строительных норм, правил и государственных стандартов в этой
области.
Переход к новым методическим принципам, которые находят все
большее распространение в практике международной стандартизации,
позволяет отойти от традиционных схем описательного подхода (опи-
сание конструкций, методов расчета, применяемых материалов). Вновь
создаваемые нормы должны в первую очередь содержать эксплуатаци-
онные характеристики строительных изделий и сооружений, основан-
ные на требованиях потребителя. В СНиП 10-01-94 «Система норма-
тивных документов в строительстве. Основные положения» в комплекс
документов по разделу «Эксплуатация» рекомендуется включать общие
правила технического обслуживания, обследования и ремонта строите-
льных конструкций, а также систем инженерного оборудования зданий
и сооружений.
В настоящее время единственным официальным документом по
проблеме надежности в строительстве является государственный стан-
дарт ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и осно-
ваний. Основные положения по расчету» (СТ СЭВ 384-87), введенный
1 июля 1988 г. [2]. Его положения распространяются на строительные
конструкции из различных материалов и основания всех видов зданий
и сооружений. Стандарт также устанавливает основные положения по
их расчету на силовые нагрузки.
14
В этом документе указывается следующее:
1. Строительные конструкции и основания должны быть запроекти-
рованы таким образом, чтобы они обладали достаточной надежностью
при возведении и эксплуатации с учетом, при необходимости, особых
воздействий (например, землетрясения, наводнения, пожара, взрыва).
2. Основным свойством, определяющим надежность строительных
конструкций, зданий и сооружений с целом, является безотказность их
работы — способность сохранять заданные эксплуатационные качества
в течение определенного срока службы.
3. Строительные конструкции и основания следует рассчитывать по
методу предельных состояний, основные положения которого должны
быть направлены на обеспечение безотказной работы конструкций и
оснований с учетом изменчивости свойств материалов, грунтов, на-
грузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций,
условий их работы, а также степени ответственности (народнохозяй-
ственной значимости) проектируемых объектов, определяемой матери-
альным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности.
Предельные состояния подразделяются на две группы:
первая группа включает предельные состояния, которые приводят к
полной непригодности для эксплуатации конструкций и оснований
или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и соо-
ружений в целом:
вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нор-
мальную эксплуатацию конструкций (оснований) или уменьшающие
долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматривае-
мым сроком службы.
4. Расчет по предельным состояниям имеет целью обеспечить на-
дежность здания или сооружения в течение всего срока службы, а так-
же при производстве работ.
Условие обеспечения надежности заключается в том, чтобы расчет-
ные значения нагрузок или вызванных ими усилий, напряжений, де-
формаций, перемещений, раскрытий трещин не превышали соот-
ветствующих им предельных значений, устанавливаемых нормами про-
ектирования конструкций или оснований.
5. Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные пред-
посылки расчета) конструкций и оснований должны отражать действи-
тельные условия работы зданий или сооружений, отвечающие рассмат-
риваемой расчетной ситуации.
При этом следует учитывать факторы, определяющие напряженное
и деформированное состояния, особенности взаимодействия элемен-
тов конструкций между собой и с основанием, пространственную ра-
боту конструкций, геометрическую и физическую нелинейности, плас-
тические и реологические свойства материалов и грунтов, наличие
трещин в железобетонных конструкциях, возможные отклонения гео-
метрических размером от их номинальных значений. При возведении
15
новых зданий и сооружений, примыкающих к ранее построенным (или
возводимых в непосредственной близости от них), необходимо учиты-
вать их взаимное влияние.
6. При отсутствии надежных теоретических методов расчета или
проверенных ранее аналогичных решений расчет конструкций и осно-
ваний может производиться на основе специально поставленных тео-
ретических или экспериментальных исследований на моделях или на-
турных конструкциях.
Расчет конструкций, для которых нормы проектирования не содер-
жат указаний по определению усилий и напряжений с учетом неупру-
гих деформаций, производится в предположении их упругой работы;
при этом сечения допускается рассчитывать с учетом неупругих дефор-
маций.
7. Расчет оснований должен выполняться с учетом механических
параметров фунтов (например, их прочностных, деформационных ха-
рактеристик). В расчетах допускается использовать и другие парамет-
ры, характеризующие взаимодействие конструкций с основанием и
устанавливаемые опытным путем.
8. При расчете конструкций должны рассматриваться следующие
расчетные ситуации:
— установившаяся, имеющая продолжительность того же порядка,
что и срок службы строительного объекта (например, эксплуатация
между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологиче-
ского процесса);
— переходная, имеющая небольшую по сравнению со сроком служ-
бы строительного объекта продолжительность (например, возведение
здания, капитальный ремонт, реконструкция);
— аварийная, имеющая малую вероятность появления и небольшую
продолжительность, но являющаяся весьма важной с точки зрения по-
следствий достижения предельных состояний, возможных при ней (на-
пример, ситуация, возникающая в связи со взрывом, столкновением,
аварией оборудования, пожаром, а также непосредственно после отка-
за какого-либо элемента конструкции).
9. Возможные отклонения принятой расчетной модели от реаль-
ных условий работы элементов конструкций, соединений, зданий и
сооружений и их оснований, а также изменения свойств материалов
вследствие влияния температуры, влажности, длительности воздейст-
вия нагрузок и других факторов, не отражаемые непосредственно в
расчетах, учитываются коэффициентами условий работы.
Коэффициенты условий работы могут учитывать факторы, которые
еще не имеют приемлемого аналитического описания, такие, как влия-
ние коррозии, агрессии среды, биологических воздействий.
Коэффициенты условий работы и способ их введения в расчет уста-
навливаются на основе экспериментальных и теоретических данных о
16
действительной работе материалов, конструкций и оснований в усло-
виях эксплуатации и производства работ.
Для учета ответственности зданий и сооружений, характеризуемой
экономическими, социальными и экологическими последствиями их
отказов, устанавливаются три уровня (I — повышенный, II — нормаль-
ный, III — пониженный):
— повышенный уровень ответственности — для зданий и сооружений,
отказы которых могут привести к тяжелым экономическим социаль-
ным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и
нефтепродуктов вместимостью 10 000 м3 и более, магистральные трубо-
проводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, соору-
жения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и соо-
ружения);
— нормальный уровень ответственности — для зданий и сооружений
массового строительства (жилые, общественные, производственные,
сельскохозяйственные здания и сооружения);
— пониженный уровень ответственности — для сооружений сезонно-
го или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние пави-
льоны, небольшие склады и подобные сооружения).
В первой редакции настоящей монографии авторы ссылались на
ГОСТ 13377-75 и СНиП 1-2 «Строительная терминология» (1980 г.).
Однако, в условиях совершенствования нормативной базы эти докумен-
ты перестали функционировать, а эквивалентные им по содержанию
новые документы не появились. Это привело к тому, что в образовав-
шемся вакууме многочисленные исследователи проблемы надежности
стали предлагать свои термины и определения, которые, конечно, в
настоящее время не имеют рекомендательной силы и больше выража-
ют позицию разработчиков.
Большинство исследователей определяет надежность как техниче-
скую возможность использования изделия по назначению в нужное
время и с требуемой эффективностью. Временному фактору (срокам
службы, межремонтным срокам) всегда уделялось особое значение.
Однако, исследования последних лет свидетельствуют о стремлении
авторов ввести дифференцированную систему оценок в зависимости от
особенностей эксплуатационных условий. Так, В. С. Абрашитов [1]
предлагает четыре ступени оценки нормативного срока службы зданий
и конструктивных элементов: в нормальных условиях, при слабой,
средней и сильной агрессивности среды, а также вводит два понятия
продолжительности эффективной эксплуатации: до постановки на те-
кущий ремонт и до постановки на капитальный ремонт. Авторы
Н. Г. Смоленская и А. Г. Ройтман детализируют систему профилактики
[77], назначая состав возможных работ на первом этапе функционирова-
ния построенного здания через каждые три года (см. гл. 2). В «Положе-
нии о системе ППР лифтов», разработанном в 1999 г., периодичность
капитального ремонта (межремонтные сроки) лифтов увязана со сро-
2 Заказ № 788
17
ками их изготовления и ввода в эксплуатацию. В документе приводят-
ся четыре группы лифтов: построенные до 1967 г., построенные в тече-
ние 1968—1976 гг., 1977—1985 гг. и после 1986 г.
Авторы «Положения об организации и проведении реконструкции,
ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунально-
го и социально-культурного назначения», разработанного Госкомархи-
тектуры и изданного в 1990 г. [13], вообще отказались от понятия «срок
службы», применив термины «продолжительность эксплуатации до ка-
питального ремонта», «минимальная продолжительность эффективной
эксплуатации зданий до постановки на текущий ремонт» и «минималь-
ная продолжительность эффективной эксплуатации зданий до поста-
новки на капитальный ремонт». Значения этих показателей предлага-
ется считать как рекомендуемые.
В заключение этого параграфа авторы считают своим долгом приве-
сти список терминов — основных понятий, использованных в настоя-
щей монографии.
1. Эксплуатационная надежность — технические возможности ис-
пользования здания и сооружения по назначению в нужное время и с
требуемой эффективностью.
2. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работо-
способность в течение некоторого времени эксплуатации.
3. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособно-
сти объекта.
4. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность
до наступления предельного состояния при установленной системе
технического обслуживания и ремонтов.
5. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в при-
способленности его к предупреждению и обнаружению причин воз-
никновения отказов и устранению их последствий путем проведения
ремонтов в процессе технической эксплуатации.
6. Сохраняемость — свойство применяемых материалов и изделий
непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в тече-
ние и после хранения и транспортирования.
7. Эксплуатация здания или сооружения — использование здания
или сооружения по функциональному назначению с проведением не-
обходимых мероприятий по сохранению состояния конструкций, при
котором последние способны выполнять заданные функции с парамет-
рами, установленными требованиями технической документации.
8. Нормальная эксплуатация — эксплуатация осуществляемая (без
ограничений) в соответствии с предусмотренными в нормах или зада-
ниях на проектирование технологическими или бытовыми условиями.
9. Предельные состояния — состояния, при которых конструкция и
основание (здание или сооружение в целом) перестают удовлетворять
заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при про-
изводстве работ (возведении).
18
10. Элементы здания — конструкции и технические устройства, со-
ставляющие здание, предназначенные для выполнения заданных фун-
кций.
11. Неисправность элемента здания — состояние, при котором эле-
мент не выполняет хотя бы одно из заданных эксплуатационных требо-
ваний.
12. Повреждение элемента здания — неисправность элемента зда-
ния или его составных частей, вызванная внешним воздействием (со-
бытием).
13. Дефект элемента здания — неисправность (изъян), вызванная
нарушением правил, норм и технических условий при изготовлении
элемента здания, его монтаже или ремонте.
14. Эксплуатационные показатели здания — совокупность техниче-
ских, объемно-планировочных, санитарно-гигиенических, экономиче-
ских и эстетических характеристик здания, обусловливающих его эксп-
луатационные качества.
15. Техническое обслуживание жилого здания — комплекс работ по
поддержанию исправного состояния элементов здания и заданных па-
раметров, а также режимов работы его технических устройств.
16. Ремонт здания — комплекс строительных работ и организацион-
но-технических мероприятий по устранению физического и морально-
го износа здания, не связанных с изменением его основных техни-
ко-экономических показателей.
17. Текущий ремонт здания — ремонт здания с целью восстановле-
ния исправности (работоспособности) его конструкций и систем инже-
нерного оборудования, а также для поддержания эксплуатационных
показателей.
18. Капитальный ремонт здания — ремонт здания с целью восстанов-
ления его ресурса с заменой при необходимости конструктивных эле-
ментов и систем инженерного оборудования, а также для улучшения
эксплуатационных показателей.
19. Физический износ здания (элемента) — величина, характеризую-
щая степень ухудшения технических и связанных с ними других эксп-
луатационных показателей здания (элемента) на определенный момент
времени.
20. Моральный износ здания — величина, характеризующая степень
несоответствия основных параметров, определяющих условия прожи-
вания, а также объема и качества предоставляемых услуг современным
требованиям.
21. Реконструкция здания — комплекс строительных работ и органи-
зационно-технических мероприятий, связанных с изменением основ-
ных объемно-планировочных и технико-экономических показателей
(количество и площадь квартир, строительный объем и общая площадь
здания, вместимость или пропускная способность, назначение здания)
19
в целях улучшения условий проживания, качества обслуживания, уве-
личения объема услуг.
22. Текущий ремонт лифта — ремонт с целью восстановления исп-
равности (работоспособности) лифта и поддержания его эксплуатаци-
онных показателей.
23. Техническое обслуживание лифта — комплекс работ по поддер-
жанию исправности, работоспособности и заданных параметров лифта.
24. Капитальный ремонт лифта — ремонт, выполняемый для восста-
новления исправности, полного или близкого к полному восстановле-
нию ресурса лифта (с заменой или восстановлением любых его частей),
включая базовые значения, близкие к полному ресурсу (устанавлива-
ются в нормативно-технической документации).
1.3. СРОКИ СЛУЖБЫ ЗДАНИЙ
Рассмотрение эксплуатационных показателей позволяет отметить их
общую характерную особенность — все они являются характеристика-
ми времени. Время определяет и основные показатели долговечности
[12, 14]: срок службы и ресурсы работы конструктивных элементов и
здания в целом до ремонтов и списания.
Количественно долговечность оценивается техническим ресурсом,
т. е. суммарной наработкой сооружения до предельного состояния. В
строительстве удобно рассматривать срок службы — календарную про-
должительность эксплуатации здания до достижения им предельного
состояния.
Предельное состояние может быть установлено не только по требо-
ваниям безопасности, но по экономическим, техническим и другим
показателям.
На практике существуют различные мнения о выборе тех или иных
показателей для оценки долговечности зданий и сооружений [19, 22,
23, 25, 31, 37].
Возможные пути назначения норм долговечности исследованы в ра-
боте Г. В. Дружинина [40]. При назначении срока службы строитель-
ных конструкций и здания в целом учитываются технические и эконо-
мические показатели (рис. 1.4).
В России принята классификация зданий по капитальности
(рис. 1.5). В частности, для жилых зданий нормативные сроки службы
определены группами капитальности I—VI:
Группа зданий по капитальности 1 II III IV V VI
Нормативный срок службы зда- ния, лет 150 125 100 50 30 15
20
Рис. 1.4. Факторы, определяющие показатели долговечности
Рис. 1.5. Классификация производственных зданий
в зависимости от срока их службы и надежности
Необходимо учесть, что долговечность того или иного здания опре-
делятся сроком службы основных конструктивных элементов.
Кроме нормативного срока службы, в практике используется поня-
тие среднего срока службы. Средний срок службы как зданий, так и
отдельных конструкций может быть обоснован статистическими дан-
ными по отказам конструкций. Однако необходимо учитывать, что
фактические сроки службы исследуемых конструктивных элементов
могут быть как больше, так и меньше, чем средний срок службы.
21
Наряду со сроками службы в перечень показателей долговечности,
установленных ГОСТ 13377-75 [4], включены также сроки службы до
ремонта (межремонтные сроки службы). Многие авторы считают целе-
сообразным устанавливать также оптимальный срок службы, т. е. эко-
номически выгодный технический ресурс. Оптимальным сроком служ-
бы зданий по экономическим показателям будет срок службы, при
котором либо общие затраты на эксплуатацию, либо суммарные приве-
денные затраты на возведение и эксплуатацию зданий будут минималь-
ными.
Опыт эксплуатации зданий показывает, что в нормальных условиях
большинство конструкций за нормативный срок службы не полностью
исчерпывает ресурс долговечности. Технический срок службы конст-
рукций почти всегда больше нормативного. Исследования авторов
В. А. Рогонского и А. И. Кострица [55, 69], а также Б. М. Колотил ки-
на, Л. С. Авирома, Г. А. Порывая, А. И. Кикина, А. Г. Ройтмана [24,
63, 50, 76] показали, что фактические сроки службы основных эле-
ментов и конструкций жилых зданий подчиняются закону нормаль-
ного распределения, а защитных и некоторых ограждающих конструк-
ций — экспоненциальному закону.
В СНиПе срок службы зданий, отдельных его элементов и конст-
рукций не регламентируется. Вместе с тем при эксплуатации зданий
постоянно приходится решать вопросы, связанные с долговечностью
основных конструкций существующих зданий. У нас в стране делались
неоднократные попытки предложить нормы, которые давали хотя бы
приближенные характеристики долговечности зданий в зависимости от
класса капитальности (табл. 1.1).
Впервые нормативные усредненные сроки службы жилых домов, их
конструктивных элементов, отделки и инженерного оборудования,
включенные в «Положение о проведении планово-предупредительного
ремонта жилых и общественных зданий», были утверждены Госстроем
СССР в 1964 г. и явились исходной базой для проведения технико-эко-
номических расчетов, уточнения норм амортизации и других аналогич-
ных работ. Вместе с тем следует указать, что разработка данного доку-
мента не могла дифференцировано и достаточно точно подойти к
срокам службы крупнопанельных зданий, так как в 60-е годы только на-
чиналось массовое строительство панельных зданий первого поколения.
Все большее число научно-исследовательских, проектно-конструк-
торских и эксплуатационных организаций страны участвовало в обсле-
дованиях, диагностической оценке и систематических наблюдениях,
что способствовало более интенсивному накоплению информации и в
конечном итоге создавало предпосылки к периодическому уточнению
сроков службы при одновременной дифференциации классов зданий.
Эти соображения легли в основу составления нормативных докумен-
тов, изданных за период 1995—2002 гг. Анализируя эти документы, сле-
дует отметить, что сроки службы зданий не подверглись ревизии и со-
22
хранились их прежние значения. Произошло уточнение сроков службы
некоторых конструктивных элементов, расширена номенклатура пара-
метров в зависимости от условий нахождения объекта (в зоне с норма-
льными и экстремальными условиями эксплуатации).
Таблица /.1
Сроки службы зданий, установленные организациями и исследователями
за период 1927—1965 гг.
Организация и исследователи Год появления норм или внесе- иия предложения Срок службы здания в зависимо- сти от класса капитальности, лет
1 II III
Инструкция НКВД СССР № 35 от 29 января 1927 г. 1927 200 150 100
Инструкция НКВД СССР № 228 от 27 апреля 1930 г. 1930 200-150 150-120 120-100
Азово-Черноморский краевой науч- но-исследовательский институт ком- мунального хозяйства 1935 — 150 100
Предложение С. К. Балашова 1939 150 120 100
Инструкция НКПС № 138/ц от 20 июня 1939 г. 1939 — 100 —
Инструкция НККХ РСФСР от 17 февраля 1939 г. 1939 200-150 150-120 120-100
Справочник для оценки строений и сооружений в городах и поселках го- родского типа — НККХ Украинской ССР 1941 175-125 125-100 100
Предложение В. В. Анисимова и В. Е. Николайцева 1946 150 120 100
Инструкция МПС 1950 г. Предложение: 1950 150 120 100
В. Ф. Штыряева 1953 175 125 100
В. Г. Петропавловского 1954 200-150 150-200 120-100
Данные Академии коммунального хо- зяйства им. К. Д. Памфилова Предложение: 1963 150 120 100
Б. М. Колотилкина 1964 100 100 100
В. Г. Петропавловского 1965 150 120 100
В. К. Соколова 1968 150 120 100
Положение о планово-предупредите- льном ремонте жилых и обществен- ных зданий 1965 150 125 100
Примечание. К зданиям I—III классов капитальности относятся только каменные
здания.
В меньшей степени изученным остается вопрос назначения сроков
службы промышленных зданий. С одной стороны, это объясняется
большим разнообразием конструктивных решений зданий и их различ-
23
ным функциональным использованием, с другой стороны, — малым
объемом обследований, недостаточным накоплением и отсутствием
систематизации информационных материалов. В качестве позитивного
примера следует отметить исследования, проведенные в 2001—2002 гг.
В. С. Абрашитовым [23]. Автор предлагает четыре варианта назначения
нормативного срока службы производственных и непроизводственных
зданий: в нормальных условиях эксплуатации — 100 лет, при слабой
степени агрессивной среды — 80 лет, при средней и сильной степе-
нях — соответственно 60 и 80 лет.
Опыт капитальных ремонтов и реконструкции жилых и промыш-
ленных зданий показывает, что очень часто приходится разбирать или
сменять конструкции, находящиеся в хорошем состоянии, только по-
тому, что они затрагиваются при ремонте смежных изношенных эле-
ментов.
Излишняя долговечность строительных элементов как в новом
строительстве, так и при ремонтах зданий будет связана с удорожанием
строительства и реконструкции, а недостаточная долговечность — с
удорожанием эксплуатации производственных зданий. Именно поэто-
му в последние 5 лет значительное внимание уделяется решению во-
просов ремонтопригодности и безотказности конструкций и зданий в
целом.
Понятие безотказности как свойства системы непрерывно сохра-
нять свою работоспособность в определенных условиях эксплуатации
справедливо не только в отношении основных несущих и ограждаю-
щих конструкций зданий, но и в отношении соответствия объем-
но-планировочного решения технологическим требованиям, а также
возможности обеспечить необходимые параметры производственной
среды. Поэтому техническое обслуживание и ремонты зданий как от-
расль строительной науки призваны охватывать множество вопросов,
начиная с профилактики дефектов и установления закономерностей
увеличения темпов износа конструкций здания и кончая надежностью,
рассматривающих изменения качественных характеристик важнейших
частей и элементов здания во времени с учетом их физического и мо-
рального износа.
Известно, что ликвидация морального износа основных производ-
ственных фондов есть одно из необходимых условий технического
прогресса. Вместе с тем пассивная часть основных производственных
фондов (здания и сооружения) составляет у нас в стране более полови-
ны их обшей стоимости. Поэтому очевидна настоятельная необходи-
мость определения инженерно-технической целесообразности рекон-
струкции производственных зданий, осуществления правильной их
эксплуатации с наибольшим учетом всех факторов, влияющих на эко-
номическую эффективность капиталовложений на реновацию зданий
и их перестройку. В работе В. И. Агаджанова [25] показано, что на
компенсацию морального износа, например, жилых зданий тратится в
24
нашей стране около 10% всех государственных капитальных вложений.
А в целом потери, вызываемые выпуском морально устаревшей про-
дукции, превышают десятки миллиардов рублей.
Одной из основных проблем промышленного строительства по
оценкам специалистов многих стран является все увеличивающееся
несоответствие эксплуатационных сроков службы промышленных зда-
ний более коротким срокам службы технологического оборудования,
обусловленным быстрым моральным износом. При сроке службы про-
мышленных зданий 60—80 лет они должны реконструироваться не ме-
нее 3—4 раз за время эксплуатации, так как срок службы оборудования,
например, металлургических, транспортных производственных пред-
приятий по их моральному износу всего 15—20 лет. Характерной чер-
той развития промышленности является то обстоятельство, что уста-
ревшее оборудование заменяется новым, отличающимся не только
лучшими производственными показателями, но и, как правило, иными
геометрическими габаритами, массой, системой привода и т. д.
Необходимо отметить еще один фактор морального снашивания
основных фондов производственных предприятий. Исследованиями
ученых разных стран установлено, что при среднем сроке замены тех-
нологического оборудования 10—12 лет, имеется тенденция дальней-
шего значительного сокращения срока его эксплуатации. Поэтому
важнейшей задачей является увязка сроков эксплуатации оборудова-
ния со сроком службы здания. При этом решения должны принимать-
ся и оцениваться не только в период проектирования здания, но и в
процессе всей его эксплуатации.
Учеными многих стран и в том числе России делались неоднократ-
ные попытки оценить моральный износ зданий, планировать на перс-
пективу ремонт и реконструкцию зданий и сооружений не только по
физическому, но и по функциональному снашиванию. В частности для
жилых зданий такие оценки в зависимости от различных критериев да-
вались Б. М. Колотилкиным и В. И. Бабакиным [51, 27].
Можно различать две формы морального износа. Первая форма мо-
рального износа связана со снижением стоимости здания по сравне-
нию с первоначальной стоимостью, что объясняется уменьшением за-
трат общественно необходимого труда на возведение аналогичных
сооружений в момент оценки (сравнения). Вторая форма износа опре-
деляет моральное старение здания или его элементов по отношению к
существующим на момент оценки требованиям (нормативным, объем-
но-планировочным, санитарно-гигиеническим и др.). В предлагаемые
формулы для определения износа в стоимостном выражении входят
коэффициенты, устанавливаемые экспертным путем, и это снижает
практическую ценность методов расчета.
С 1968 г. в Ленинграде при определении износа жилых домов доре-
волюционной постройки стали устанавливать размеры, качество и не-
сущую способность скрытых конструкций (табл. 1.2), а также учиты-
25
вать моральный износ зданий (табл. 1.3), благодаря чему получили
такую классификацию жилого фонда города, которая в настоящее вре-
мя позволяет на надлежащем техническом уровне осуществлять отбор
домов для капитального ремонта, устанавливать сроки его проведения
и принимать обоснованные технические решения по дальнейшему ис-
пользованию старых домов.
Жилищный фонд классифицирован следующим образом:
I категория — дома, в которых требуется сплошная замена перекры-
тий и перекладка стен до 25% от их объема, т. е. необходим комплекс-
ный капитальный ремонт со сменой перекрытий и обязательной мо-
дернизацией квартир.
II категория — дома, в которых подлежит замене только часть пере-
крытий и необходим ремонт только стен и перемычек, но вследствие
хаотичной планировки квартир (кухни и санузлы расположены не по
вертикали, большие коммунальные квартиры, кухни без естественного
освещения, разные отметки полов в пределах одной квартиры и дру-
гие) необходим также комплексный капитальный ремонт.
III категория — дома, в которых сплошной замены перекрытий не
требуется, но имеются небольшие планировочные дефекты: полностью
или частично отсутствуют ванные комнаты и т. п. К этой категории от-
носятся дома, где квартиры устроены с проходными кухнями и други-
ми не столь значительными дефектами, как в домах II категории. В по-
добных сооружениях можно ограничиться выборочным капитальным
ремонтом.
IV категория — дома, которые целесообразно использовать по не-
жилому назначению, например с высотой помещений более 4 м, зда-
ния смешанного использования (школа и жилье, баня и жилье), дома с
планировкой коридорного типа и жилыми помещениями с окнами, об-
ращенными во дворы-колодцы.
V категория — дома, где кирпичные стены имеют такой большой
износ, что ремонт нецелесообразен. В домах V категории производятся
только ремонтные работы поддерживающего характера для обеспече-
ния безопасного проживания на период до сноса дома.
VI категория — дома, где несущие конструкции в исправности, в
планировке дефектов нет, а если имеются, то незначительные. В домах
этой категории может планироваться только текущий ремонт.
Таблица 1.2
Признаки определения групп физического износа строений
Характер деформаций Группа физического износа
Деформации перекрытий в большинстве квартир визуально легко устанав- ливаемы. Перекрытия в части помещений удерживаются подпорками. Име- ются деформации в стенах, трещины и разрушения перемычек и отдельных простенков 1
26
Окончание табл. 1.2
Характер деформаций Группа физического износа
Деформации перекрытий незначительны, визуально трудно устанавливае- мые. Однако вскрытиями балок на опорах и в санитарных узлах установле- но, что из числа осмотренных балок до 40% требуют замены. Большие де- формации перекрытий в незначительном количестве помещений. Трещины в кладке по перемычкам. Имеются дефекты в стенах, вызванные сыростью, выветриванием, прогарами в зоне дымоходов и механическими повреждени- ями Деформации перекрытий при визуальном осмотре не выявляются. При вскрытии обнаруживаются повреждения балок покрытий (до 30% из числа осмотренных), незначительные повреждения в кладке стен Повреждения менее чем в 20% балок от всего количества осмотренных. Сте- ны в исправности 2 3 4
Примечание. В домах 2-й, 3-й и 4-й групп производится не менее чем по одному
вскрытию междуэтажных перекрытий на каждые 200 м2 полезной площади, а на черда-
ке — на каждые 50 м2 площади чердака. В домах 1-й группы, где есть явные деформации,
вскрытий можно делать меньше.
Признаки определения групп морального износа строений Таблица 1.3
Характер планировки Группа морального износа
Дом с хаотичной планировкой, в большинстве квартир санитарные узлы и кухни расположены над жилыми комнатами, кухни без естественного осве- щения или не на одном уровне с жилыми помещениями, проходные кухни при отсутствии второго входа в квартиру через парадную. Квартиры много- комнатные (10 комнат и более). Имеется много комнат шириной менее 200 см. Дома смешанного использования, например баня и жилье, школа и жилье (в случаях, когда такая планировка создает неприемлемые условия для эксплуатации) 1
Дома с квартирами более 100 м2 жилой площади. В некоторых квартирах ко- личество комнат до 8. До 50% всех квартир имеют кухни без естественного освещения. Число комнат шириной менее 200 см небольшое 2
Дома с квартирами с жилой площадью более 80 м2. Кухонь, не имеющих ес- тественного освещения, мало. Санитарные узлы расположены не по вертика- ли лишь в небольшом количестве квартир. Ванных комнат нет или есть в не- большом количестве квартир. Многокомнатных квартир (8—9 комнат и бо- лее) мало 3
Дома с квартирами с числом комнат 6 и меньше, жилой площадью менее 80 м2. Кухни без естественного освещения в незначительном числе квартир. В большинстве квартир санузлы расположены по вертикали. Ванных комнат нет в незначительном количестве квартир. Наличие квартир в мансарде. От- сутствуют надлежащие аэрация и инсоляция 4
27
По материалам сплошного обследования для каждой жилищно-экс-
плуатационной конторы составлены генеральные планы, на которых
категория здания обозначена условным знаком с номером категории
здания в зависимости от совокупности физического и морального из-
носа (табл. 1.4).
Кроме того, на каждое строение имеется техническое заключение, в
котором подробно описаны все обнаруженные дефекты, а на инвента-
ризационном плане, приложенном к заключению, условными знаками
показаны все разрушения в конструктивных элементах.
На экспликации к генплану ЖЭК указываются год постройки каж-
дого дома, жилая площадь, группа физического и морального износа.
Заключение используется техническим персоналом жилищных управ-
лений для решения текущих технических вопросов и отбора домов для
капитального ремонта.
Таблица 1.4
Классификация зданий в зависимости от совокупности
морального и физического износа
Краткая характеристика домов Группа износа Категория здания от взаимодей- ствия физического и морального износа
физиче- ского мораль- ного
Перекрытия в неудовлетворительном состоянии и тре- буют сплошной замены; планировка любая 1 1, 2, 3, 4 I
Перекрытия имеют местные повреждения, не вызыва- ющие необходимости сплошной замены; планировка носит хаотичный характер 2, 3, 4 2, 1 II
Состояние конструкций аналогично предыдущей груп- пе 2; планировка имеет незначительные дефекты или удовл етвор ител ьная 2, 3, 4 3, 4 III
Состояние конструкций аналогично предыдущей груп- пе 2, но планировка коридорного типа или какая-либо другая, исключающая целесообразность поквартирной перепланировки 2, 3, 4 2, 3, 4 IV
Состояние конструкций плохое: надо перекладывать более половины стен и часть фундаментов. Ремонт не- целесообразен —• — V
Здание построено или капитально отремонтировано в течение послевоенного периода. Состояние удовлетво- рительное. В результате обследования выявлено удов- летворительное состояние конструкций и планировки (независимо от года постройки) VI
28
Классификация позволяет определить жилые строения, непригод-
ные для проживания, необходимость в немедленном сносе или сносе
через 5 лет при условии проведения поддерживающего ремонта
(табл. 1.5).
Признаки непригодных жилых зданий
Таблица I.5
Катего- рия Степень непригодности Физический износ здания (приведенный), % Физический износ стен, % Недостатки планировки и внутреннего благоустройства
А Немедленный снос 55 65 —
Б Снос в течение 5 лет (до сноса производится под- держивающий ремонт) 50-54 60-64 1. Средняя жилая площадь в доме свыше 55 м2 2. Отсутствие кухонь 3. Отсутствие санитарных узлов с водопроводом и ка- нализацией (при наличии вблизи объекта сетей водо- провода и канализации)
Детализация условий признания жилых домов и жилых помещений
непригодными для постоянного проживания зафиксирована в «Поло-
жении по оценке непригодности жилых домов и жилых помещений го-
сударственного и общественного жилищного фонда для постоянного
проживания», разработанном АКХ и Л НИ И АКХ в 1985 г. и утверж-
денном Министерством жилищно-коммунального хозяйства РСФСР
(приказ № 529 от 5.XI. 1985 г.) [17]. В этом документе приводятся сле-
дующие обоснования для признания жилых домов непригодными для
постоянного проживания:
— каменные дома с физическим износом свыше 70%;
— деревянные дома и дома со стенами из местных материалов, а
также мансарды с физическим износом свыше 65%.
Независимо от этих условий к непригодным для проживания отно-
сятся жилые дома:
— расположенные в пределах санитарно-защитных, пожаро-, взры-
воопасных зон промышленных предприятий, транспорта, инженерных
сетей и в других зонах с особыми условиями, запрещенных к застройке
СНиП 11-60-75;
— расположенные в опасных зонах отвалов породы угольных, слан-
цевых шахт и обогатительных фабрик; зонах оползней, селевых потоков
и снежных лавин, могущих угрожать застройке и эксплуатации зданий;
на территориях, ежегодно затапливаемых паводковыми водами;
29
— получившие повреждения в результате землетрясений, просадок,
неравномерных осадок и др., если эти повреждения не могут быть
устранены с одновременным конструктивным обеспечением требова-
ний СНиПа к жилым зданиям для особых условий строительства и эк-
сплуатации;
— бараки, которыми следует считать одно-, двухэтажное жилое
строение, предназначенное для временного проживания, с общими
кухней и санитарным узлом, как правило деревянное, рассчитанное на
короткий срок службы — 10—20 лет.
Строения этого типа, претерпевшие реконструкцию в части плани-
ровки и ставшие пригодными для посемейного заселения, а также жи-
лые здания из сборно-шитовых и каркасно-засыпных конструкций
квартирного типа следует относить к малоценному, но жилому фонду.
Непригодность последних устанавливается в общем порядке, согласно
настоящего «Положения»:
— при возникновении угрозы аварии (обрушения) здания в резуль-
тате достижения предельного физического износа несущих строитель-
ных конструкций (деформаций, повреждений, снижения прочности и
несущей способности) или деформации основания здания;
— после аварии, пожара, стихийного бедствия в том случае, если
проведение восстановительных работ технически невозможно или не-
целесообразно с экономической точки зрения;
— в случае невозможности организации обслуживания жителей и
технической эксплуатации здания.
К непригодным для постоянного проживания жилым помещениям
следует относить:
а) помещения, находящиеся в жилых домах, где размещены пред-
приятия, учреждения и оборудование, запрещенные СНиП П-Л.1-71*,
эксплуатация которых приводит к возникновению в данных жилых по-
мещениях вибрации, шумов, превышающих нормы, а также к загряз-
нению территории и воздуха жилой застройки или к возникновению
пожарной опасности (в том случае, если не представляется возможным
вывести указанные производства из здания);
б) помещения в жилых домах, признанных непригодными для про-
живания;
в) помещения, имеющие дефекты планировки и уровня внутренне-
го благоустройства (табл. 1.6);
г) жилые помещения, санитарно-гигиенические условия которых не
отвечают показателям (табл. 1.7);
д) помещения, находящиеся в аварийном состоянии, в случае угро-
зы обрушения единичных строительных конструкций (плиты, балки,
ригели, колонны, простенки, панели и т. п.).
Вопрос о непригодности для постоянного проживания жилого дома,
в котором часть жилых помещений непригодна для постоянного про-
живания, следует решать в индивидуальном порядке, с учетом конк-
30
ретных обстоятельств (размер и характер полноценной и неполноцен-
ной площади, физический износ конструкций и дома в целом, размер
затрат на модернизацию здания, возможность обеспечения нормаль-
ных условий проживания для неотселенных жителей и т. п.).
Таблица /. 6
Перечень объемно-планировочных дефектов, дающих основание
признавать площадь непригодной для постоянного проживания
Показатель Дефекты жилых помещений Методы обследования
1. Размеры по- мещений и конструктив- ных элементов 1. Площадь жилой комнаты меньше размера, установ- ленного региональными властями для представления жилого помещения, — в том случае, если комната тако- го размера является предметом самостоятельного дого- вора о найме жилого помещения Непосредст- венное изме- рение
2. Ширина прямоугольной комнаты или средняя ши- рина непрямоугольной комнаты меньше или равна 2 м (при этом ширина или глубина альковов и ниш не учи- тывается) — в том случае, если такая комната является предметом самостоятельного договора о найме жилого помещения То же
3. Высота жилой комнаты в зданиях I—111 группы с плоским потолком до 2,4 м или при сводчатом потолке до 2,5 м от пола до пяты свода, в зданиях IV—VI групп — до 2,25 м (включительно) То же
4. Дверной проем в капитальной стене или перегородке жилой комнаты имеет ширину меньше 70 см — в том случае, если комната является предметом самостояте- льного договора о найме жилого помещения, причем это единственный вход в комнату и он не может быть увеличен до нормы Непосредст- венное изме- рение
5. Пол комнаты находится ниже отметки поверхности двора, отмостки или тротуара, прилегающих к помеще- нию Нивелирова- ние поверх- ностей
2. Размещение помещений 6. Расстояние между окнами комнаты и стеной проти- воположного здания или сооружения до 3 м включите- льно — в том случае, если такая комната не имеет дру- гих окон и представляет предмет самостоятельного до- говора о найме жилого помещения Непосредст- венное изме- рение
7. Окно (окна) комнаты выходит в замкнутый световой дворик с габаритами дворика до 5x5 метров (включите- льно) — в том случае, если такая комната не имеет дру- гих оконных проемов и является предметом самостоя- тельного договора о найме жилого помещения То же
8. В комнате есть лаз в техническое подполье, чердак или в квартире имеется люк ливнсстоков — в том слу- чае, если в техническом подполье или чердаке нет дру- гого входа и его нельзя ликвидировать (кроме одно- этажных домов посемейного заселения) Осмотр на месте
9. Жилые помещения, устроенные в чердаках, если они не отвечают существующим для него санитарно-техни- ческим требованиям То же
31
Окончание табл. I. 6
Показатель Дефекты жилых помещений Методы обследования
10. Выход из жилой комнаты осуществляется непосред- ственно наружу (улицу) — в том случае, если невозмож- но оборудовать теплый тамбур или теплую пристройку Осмотр на месте
11 Bpaiщмауэр является стеной жилой комнаты То же
3. Благоустрой- ство 12. Над комнатой расположены канализационные тру- бопроводы и приборы от санитарного узла (уборной, ванной) Устанавлива- ется по схе- мам разме- щения инже- нерного оборудова- ния и осмот- ром на месте
13. Через комнату или в междуэтажном перекрытии проходят канализационные трубы То же
14. Вход в уборную или совмещенный санузел осущест- вляется непосредственно из комнаты — в том случае, если технически его нельзя перенести в другое место То же
15. Комната, в которую встроен санузел (ванная или уборная), — в том случае, если такая комната располо- жена в коммунальной квартире и технически не пред- ставляется возможным перенести санузел в другое по- мещение или обеспечить нормативную звукоизоляцию То же
16. В квартире нет уборной (за исключение одно-, двух- этажных домов с вынесением уборных за пределы квар- тир — признается непригодной для постоянного про- живания одна из комнат, пригодная по техническим условиям для переоборудования под уборную Устанавлива- ется по схе- мам разме- щения инже- нерного оборудова- ния и осмот- ром на месте
17. При несоблюдении требований «Правил безопасно- сти в газовом хозяйстве» к размещению газовых плит в помещениях жилых зданий — признается непригодной для постоянного проживания одна из комнат, пригод- ная по техническим условиям для переоборудования под кухню То же
18. В коммунальной квартире площадь кухни менее 10% от жилой площади квартиры или кухня оборудова- на в передней с шириной менее 1,9 м (если вход в квар- тиру единственный и осуществляется через проходную кухню) — признается непригодной для постоянного проживания одна из комнат, пригодная по техниче- ским условиям для переоборудования под светлую кух- ню Непосредст- венное изме- рение
19. В коммунальной квартире ванная устроена в кухне или коридоре — признается непригодной для прожива- ния одна из комнат, которая технически может быть переоборудована под ванную (в том случае, если ван- ную нельзя выделить в отдельное помещение) Осмотр на месте
32
Таблица 1.7
Перечень санитарно-гигиенических условий,
дающих основание признавать площадь непригодной
для постоянного проживания
Показатель Дефекты жилых помещений Методы обследования
1. Освещенность 1. Комната непригодна:
если не имеет непосредствен- ного освещения или освещается окнами (фрамугами), выходя- щими в соседнее помещение; Осмотр на месте
окно (окна) комнаты выходит под арку или в крытую галерею (в том случае, если такая ком- ната не имеет других окон) То же
2. Ширина простенка между свето- вым проемом и поперечной стеной или перегородкой более 3 м, за иск- лючением случаев размещения окон в двух наружных стенах угло- вой комнаты (при этом ширина или глубина альковов и ниш не учитывается) — в том случае, если такая комната составляет предмет самостоятельного договора о найме жилого помещения Непосредственное измерение
2. Вибрация 3. Помещение считается непригод- ным для постоянного проживания в том случае, если технически не предоставляется возможным сни- зить уровень вибрации до величин, установленных нормами Измерение уровней вибрации (среднеквадратичных величин виброскорости, виброускорения и вибросмещения): в октавных полосах частот. Осуществляется виброизме- рительный системой, вклю- чающей виброприемник; из- мерительный ускоритель, ок- тавные фильтры и регистрирующий прибор по ГОСТ 12.14-034-81 «Вибра- ция. Общие требования к проведению измерений»; в трех точках перекрытия по трем взаимно перпендикуляр- ным направлениям. Приборы: виброметр переносной ВМ-1. измеритель шума и вибрации ИШВ-1. шумовиб- роизмерительный комплекс типа ШВК-1 ГОСТ 25865-83. Допускается применение вибрографа ручного типа ВР-1А
3 Заказ № 788
33
Окончание табл. 1.7
Показатель Дефекты жилых помещений Методы обследования
3. Шум 4. Помещение считается непри- годным для постоянного прожива- ния, если с помощью конструктив- ных и защитных мероприятий не представляется возможным сни- зить уровень шума от работы ста- ционарных механизмов или инже- нерного оборудования до величин, установленных нормами Измерение шумов в жилых зда- ниях для контроля соответствия фактических уровней шума до- пустимым с целью разработки мероприятий по снижению шума и оценки эффективности этих мероприятий производится по ГОСТ 23337-78 (СТ СЭВ 2600-80) «Шум. Методы измере- ния шума на селитебной терри- тории и в помещениях жилых и общественных зданий». Прибо- ры: шумомеры типа «Шум-1», «М-71», «ИШВ-1», фирмы Брюль и Къер, другие по ГОСТ 17168-71, ГОСТ 1718-71
4. Температур- но-влажностный режим 5. Комната, не имеющая отопите- льных приборов считается непри- годной, если ее невозможно обору- довать отопительными приборами
6. Комната непригодна, если нахо- дится над помещением с большим тепловыделением и температура воздуха на расстоянии 1,5 м от уровня пола в ней превышает 25°С при температуре пола больше 28°С — в том случае, если невоз- можно выполнить теплоизоляцию с целью снижения температуры до санитарной нормы Температурно-влажностпый ре- жим определяется при помощи аспирационного психрометра Ассмана (для длительных на- блюдений используются также термограф и гигрограф). Темпе- ратура ограждающих поверхно- стей измеряется термощупами с полупроводниковыми термосоп- ротивлениями или термопарами
В нашей стране, кроме описанной выше работы ЛенжилНИИпро-
екта, этим вопросом занимался В. И. Бабакин [27], предложивший си-
стему совместного учета признаков морального и физического износа
зданий при установлении непригодности использования жилых домов
по их основному назначению и отнесению к категории непригодных
для проживания.
Из работ, посвященных моральному износу промышленных зда-
ний, следует выделить монографию И. Кери [91]. Однако предлагае-
мые им в качестве критерия оценки морального износа здания при-
знаки различного рода, характеризующие как возраст здания, так и
несоответствие объемно-планировочного решения современным тре-
бованиям, не дают возможности правильно оценить моральное уста-
ревание дома. В частности, в работе И. Кери предлагается следующая
методика.
34
В зависимости от сроков службы зданиям присваивается определен-
ная категория. При этом оценка пригодности здания современным
требованиям технологии производится по десятибалльной системе.
Российские авторы обращают внимание, что общепринятое опреде-
ление физического износа зданий по стоимости [31, 51, 81] имеет су-
щественный недостаток, заключающийся в том, что неточность субъ-
ективной оценки степени износа строительных конструкций из-за
несоответствия экономической характеристики физической сущности
явления приводит к серьезным просчетам при определении целесооб-
разности реконструкции или ремонтов зданий и сооружений.
Некоторые авторы предлагают пятибалльную шкалу для оценки со-
стояния конструкций (табл. 1.8), которая в отличие от методики
И. Кери дополняется перечнем признаков для оценки возможных де-
фектов конструкций зданий и сооружений, которые следует учитывать
при заключении о степени износа отдельных элементов.
Однако оценка качества здания, прослужившего разные сроки, дол-
жна учитывать различные факторы, влияющие как на физический из-
нос, так и на моральное снашивание здания. Срок существования не
является причиной изношенности, а только отражает ее.
Таблица 1.8
Критерии качества эксплуатируемых строительных объектов
Балл Признаки состояния строительных конструкций Оценка износа конструкций
0 Состояние образцовое. Точно соблюде- ны все размеры и допуски, дефектов нет Исправность полностью обеспечена
1 Состояние отличное. Незначительные дефекты на поверхности Исправность в основном обеспечена
2 Состояние хорошее. Прочность вполне достаточная, но имеются признаки про- грессирующего разрушения Работоспособность полностью обеспе- чена
3 Состояние удовлетворительное. Проч- ность достаточная, деформативность в пределах норм, много дефектов Работоспособность в основном обеспе- чена
4 Состояние неудовлетворительное. Тре- буется усиление или замена элементов Частичная утрата работоспособности
5 Состояние аварийное. Необходимо срочное принятие мер Полная утрата работоспособности несущими конструкциями
Практически при эксплуатации производственных зданий невоз-
можно обеспечить такие условия, при которых сохранялись бы во вре-
мени характеристики как отдельных конструктивных элементов, так и
35
здания в целом. При воздействии окружающей среды, внутренней про-
изводственной среды, различного рода нагрузок и воздействий конст-
рукции здания изнашиваются, что приводит к изменению параметров,
характеризующих работоспособность элементов.
В Англии введены нормативные документы, которые определяют
требования к строительным решениям производственных зданий и к
отдельным конструктивным элементам. Эти документы предназначены
для нормирования функциональных и эксплуатационных требований к
зданиям и сооружениям. В нормах функциональных требований все
производственные здания в зависимости от срока службы разделены на
четыре группы (не менее 100, 40, 10 и менее 10 лет), приведенные в
гл. XI «Долговечность» («Durability») [88].
Таким образом, даже краткое рассмотрение подхода к проблеме ста-
рения зданий свидетельствует, что у нас в стране и за рубежом этой
проблеме придают исключительно важное значение.
Остановимся несколько подробнее на специфике проблемы долго-
вечности промышленных зданий. Вновь строящиеся производствен-
ные здания представляют собой сложные системы, надежность кото-
рых определяется безотказностью и ремонтопригодностью работы всех
составных элементов. Большое разнообразие промышленных произ-
водств, определяет комплекс требований к промышленным зданиями,
среди которых одним из самых важных является требование определе-
ния оптимального срока службы объекта в зависимости от целого ряда
факторов.
Необходимо подчеркнуть, что классификация производственных
зданий по долговечности затруднена из-за большого многообразия
функциональных требований к зданиям с различными технологиче-
скими режимами производства. Это объясняется тем, что созданию
критериев для такой классификации должно предшествовать исследо-
вание всей номенклатуры видов промышленных производств, требова-
ний технологии и факторов, влияющих на долговечность конструкций
в той или иной производственной среде.
Наиболее развернутые предложения по группировке производствен-
ных зданий даются в работе профессора К. Ландера [86]. Все строите-
льные решения производственных зданий и сооружений он подразде-
ляет на многоцелевые и одноцелевые.
К первой группе относятся здания, позволяющие размещать произ-
водства с широким диапазоном функционально-технических требова-
ний. Такие здания могут компоноваться из горизонтальных или верти-
кальных примыкающих друг к другу ячеек, следовательно могут быть
одноэтажными и многоэтажными. При этом в зависимости от функци-
ональных требований и интенсивности процесса модернизации обору-
дования строительные решения зданий и сооружений, относящихся к
36
этой группе, могут быть с использованием ограниченного набора типо-
вых конструктивных элементов и универсальными, т. е. пригодными
для производств с различной технологией.
Ко второй группе производственных зданий относятся сооружения,
объемно-планировочные и конструктивные решения которых опреде-
ляются конкретными технологическими требованиями.
Однако рассмотренная классификация имеет ряд недостатков, су-
щественным из них является полное игнорирование стоимостных ха-
рактеристик сооружений и факторов влияния долговечности зданий
как аргументов их стоимости возведения и эксплуатации.
Исследуя эти факторы, ученые Румынии установили, что снижение
стоимости промышленного строительства зависит от соотношения
сроков физического и морального износа производственных зданий.
Указанную зависимость можно связать со структурой капиталовложе-
ний, эффективность которых тем больше, чем меньше пассивная их
часть, идущая на возведение зданий и сооружений. По классификации,
предложенной в работе [89], производственные здания и сооружения
делятся на четыре группы:
1. Инженерно-технологические сооружения, непосредственно воз-
водимые на строительной площадке, поскольку их изготовление на за-
водах сборного железобетона нерационально из-за крупных габаритов'
и других специфических особенностей.
2. Сооружения, которые непосредственно связаны с технологиче-
скими устройствами и оборудованием, служащие для передачи нагруз-
ки от них на основание. К таким сооружениям относятся разного рода
рабочие площадки, этажерки, фундаменты под оборудование, крано-
вые эстакады и др.
3. Сооружения, непосредственно связанные с технологическим обо-
рудованием и относящиеся в основном к транспортным коммуникаци-
ям предприятия и его подсобно-вспомогательным производственным
службам.
4. Все остальные здания, входящие в состав предприятия, носящие
производственный, подсобно-производственный и вспомогательный
характер.
Авторы этой классификации указывают, что оптимальный размер
первоначальных затрат на строительство производственных зданий
должен ставиться в зависимость от того экономического эффекта, ко-
торый может быть достигнут при увеличении этих затрат. Для каждого
вида промышленного производства характерна какая-то критическая
точка, выше которой увеличение первоначальных затрат уж не обеспе-
чивает роста производительности труда.
При любом варианте эту критическую точку можно рассматривать
во взаимодействии со сроками функционирования производства, по-
37
скольку размер первоначальных затрат прямо пропорционален сроку
службы здания.
Опыт возведения производственных зданий в нашей стране показы-
вает, что запроектированные и выполненные в соответствии с действу-
ющими нормами СНиПа конструктивные элементы успешно воспри-
нимают предусмотренные воздействия в течение заданного срока
эксплуатации, т. е. являются в этом смысле вполне надежными.
Однако принятые методы расчета не дают возможности выразить
надежность конструкций и здания в целом количественно в зависимо-
сти от времени. Между тем численный показатель надежности необхо-
дим для решения вопросов экономичности строительных сооружений,
сроков их реконструкции и ремонтов, а также вопросов технологии
производства строительных конструкций и их качества. Расчет надеж-
ности дает возможность при проектировании лучше выбрать номенк-
латуру сборных элементов, режим их работы, оценить условия эксплу-
атации, эффективность разработанной схемы для выполнения
функциональных требований.
Поскольку надежность строительных конструкций зависит от мно-
жества случайных факторов, учесть которые в комплексе трудно, так
как исследования проводятся изолированно без учета различных соче-
таний эксплуатационных нагрузок, то получать количественные харак-
теристики надежности можно, используя аппарат математической ста-
тистики и теории вероятностей. Численным показателем надежности
конструкции с точки зрения прочности может быть, например, вероят-
ность выполнения условия, при котором несущая способность строи-
тельного элемента Q\ оказывается не меньше усилия от внешнего воз-
действия Q>, т. е.
F = P(Q{>Q2). (1.1)
Вместе с тем несущая способность конструкции и усилия от внеш-
них воздействий в общем случае являются функциями ряда факторов,
которые в свою очередь обладают свойствами изменчивости. Исходя из
этого расчет надежности не может претендовать на большую точность.
Он основан на статистической информации о работе совокупности од-
нотипных конструкций. Поэтому по мере улучшения информации воз-
растает и точность расчета.
Необходимо отметить, что если для элементов радиоэлектроники,
приборов точной механики, оптики и пр. разработана общая теория ис-
следования и расчета надежности [38, 47, 62], то для анализа надежно-
сти строительных конструкций и здания в целом теории надежности в
виде систематического изложения целей и принципов расчета пока
нет. Это объясняется целым рядом факторов.
38
Во-первых, срок службы строительных сооружений исчисляется
многими годами. За этот промежуток времени физико-механические
свойства материалов практически получают лишь незначительные из-
менения. Во-вторых, в отличие от радиотехнических и других систем
совсем по иному стоит вопрос о резервировании в строительстве: соо-
ружение по достижении физического и морального износа должно за-
меняться другим. В-третьих, положение о внезапных отказах имеет в
строительстве весьма малое значение, так как внезапные аварии зда-
ний и сооружений, хотя и не исключаются, но носят большей частью
характер грубейших нарушений правил проектирования, сооружения и
эксплуатации строительных объектов.
Поэтому при классификации зданий по долговечности необходимо
учитывать все эти факторы, разделяя все производственные задания
при решении вопроса о предполагаемом сроке службы на одноцелевые
и многоцелевые. В первом случае срок службы зданий находится в
прямой зависимости от срока службы размещаемых в них производств,
во втором — от степени гибкости их строительного решения, которое
дает возможность широкого изменения технологии без коренной пере-
стройки зданий.
Таким образом, выбор строительных решений обусловлен не только
классом капитальности в зависимости от технологических требований,
но и долговечностью проектируемых конструкций. Вкратце эти требо-
вания сводятся к следующему:
— строительная часть промышленных объектов является пассивной,
но более дорогой частью основных производственных фондов, срок
функционирования которых превышает срок службы или замены тех-
нологического оборудования;
— необходимо стремиться к объединению в одном корпусе различ-
ных производств, т. е. возводить здания многоцелевого назначения;
— при проектировании одноцелевых производственных зданий
нужно их долговечность увязывать со сроком функционирования тех-
нологического оборудования.
Таким образом, анализ исследований долговечности производствен-
ных зданий, влияния класса сооружения и срока службы на выбор ва-
риантов проектных решений показывает, что наиболее целесообразно
классифицировать промышленные здания исходя из их надежности на
многоцелевые, т. е. восстанавливаемые, и одноцелевые (невосстанав-
ливаемые). Сводная классификация производственных зданий, состав-
ленная на основании рассмотрения отечественного и зарубежного
опыта, является приближенной, так как практика показывает, что то-
лько дифференцированный подход к проблеме выбора оптимальных
строительных решений дает возможность учитывать все факторы эко-
номической целесообразности. Вместе с тем такая классификация,
39
основанная на опыте возведения и проектирования промышленных
зданий, позволяет наиболее просто подходить к математическому мо-
делированию процесса выбора лучших проектных решений. Термин
«невосстанавливаемая система», заимствованный из теории надежно-
сти [62], не означает, что эту систему нельзя или нецелесообразно ре-
монтировать. Просто при этом рассматривается работа системы от на-
чала эксплуатации до первого отказа, связанного с появлением
дефектов.
Вместе с тем, рассматривая процесс эксплуатации восстанавливае-
мых систем (многоцелевые здания и сооружения), зачастую нельзя
ограничиться исследованием работы их до первого отказа. В некоторых
случаях приходится более полно характеризовать надежность и эксплу-
атационные свойства систем. В частности при оценке систем необхо-
димо учитывать процессы возобновления работы элементов и систем,
текущего и капитального ремонта отказавших строительных конструк-
ций и зависящее от этих процессов состояние здания или сооружения
в целом.
Глава 2
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ
ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА
ЗДАНИЙ
2.1. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЙ
О ППР ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Как указывалось в предыдущей главе, эксплуатация зданий и соору-
жений в общем виде представляет собой процесс их использования по
основному назначению, а главной задачей эксплуатации является обес-
печение сохранности, устранение последствий физического и мораль-
ного износа, т. е. создание условий для нормального функционирова-
ния объектов во времени.
В нашей стране впервые Положение о планово-предупредительном
ремонте было разработано для жилых и общественных зданий [12].
Утверждение документа Госстроем СССР повысило его престижность,
придало ему межведомственный характер и определило методологию
разработки аналогичных документов для строительных объектов раз-
личного назначения. «Положение о проведении планово-предупреди-
тельного ремонта жилых и общественных зданий», разработанное Ле-
нинградским НИИ Академии коммунального хозяйства (руководитель
работ — С. Д. Химунин) отличалось большей детализацией и четко-
стью построения системы ремонтов, установления межремонтных цик-
лов (периодов).
На основе системного подхода к проблеме эксплуатации зданий ав-
торами Положения была обоснована необходимость перехода к качест-
венно новому этапу в осуществлении ремонта жилых и общественных
зданий и улучшении их сохранности — планово-предупредительному
ремонту (ППР). Эта система представляет собой совокупность органи-
зационных и технических мероприятий по надзору, уходу и всем видам
41
ремонта, проводимых периодически по заранее составленному плану с
целью предупреждения преждевременного износа, предотвращения
аварий, а также для поддержания зданий и их инженерного оборудова-
ния в состоянии постоянной эксплуатационной исправности.
При этом должно также обеспечиваться удлинение срока службы
между периодами ремонтов при одновременном снижении стоимости
и трудоемкости, повышении качества ремонтных работ.
Важным исходным моментом явилось составление классификации
жилых и общественных зданий в зависимости от степени их капиталь-
ности. Жилые дома были разделены на шесть групп, а обществен-
ные — на девять групп. На следующем этапе для всех групп зданий
были установлены нормативные усредненные сроки службы (зданий,
их конструктивных элементов, отделки и инженерного оборудования)
в зависимости от материала трех основных конструкций — фундамен-
тов, стен и перекрытий. При этом усредненные сроки службы установ-
лены с учетом выполнения всех видов планово-предупредительного ре-
монта зданий в строго установленные сроки.
В качестве примера приводится в полном объеме таблица норматив-
ных усредненных сроков службы для жилых зданий (табл. 2.1), которая
интересна не только с методической стороны (степенью детализации),
но и возможностью реализации в одной из крупнейших непроизводи-
тельных отраслей народного хозяйства.
Таблица 2.1
Усредненные сроки службы жилых зданий и их конструктивных элементов
Наименование зданий, их конструктивных элементов и отделки Усредненные сроки службы но группам зданий, лет
I II III IV V VI
1. Сроки службы жилого дома в целом Конструктивные элементы w 2. Фундаменты: 150 отдел 125 ка зда/ 100 ши 50 30 15
ленточные бутовые на сложном или цемент- ном растворе, бетонные и железобетонные 150 125* 100* — — —
ленточные бутовые на известковом растворе — — — 50* — —
бутовые или бетонные столбы — — — — 30* —
деревянные стулья 3. Стены: — — — — 10 10
особо капитальные, каменные (кирпичные при толщине 2,5—3.5 кирпича) и крупноблоч- ные на сложном или цементном растворе 150 — — — — —
каменные обыкновенные (кирпичные при толщине 2—2,5 кирпича), крупноблочные и крупнопанельные — 125 — — — —
каменные облегченной кладки из кирпича, шлакоблоков и ракушечника — — 100 — — —
42
Продолжение табл. 2.1
Наименование зданий, их конструктивных элементов и отделки Усредненные сроки службы по группам зданий, лет
I II Ill IV V VI
деревянные рубленые и брусчатые, сырцовые деревянные сборно-щитовые, каркасные, гли- нобитные и саманные каркасно-камышитовые и прочие облегчен- ные 4. Перекрытия: железобетонные сборные и монолитные с кирпичными сводами или бетонным запол- нением по металлическим балкам междуэтажные деревянные по металлическим балкам чердачные деревянные по металлическим бал- кам междуэтажные деревянные по деревянным балкам 5. Полы: паркетные дубовые дощатые из линолеума из поливинилхлоридных плиток из керамической плитки по бетонному осно- ванию цементные с мраморной крошкой цементные зажелезненные мастичные на поливинилацетатной мастике 6. Лестницы: площадки железобетонные, ступени плитные каменные по металлическим, железобетонным косоурам или железобетонной плите накладные бетонные ступени с мраморной крошкой деревянные 7. Крыши (несущие элементы): из сборных железобетонных настилов стропила и обрешетка железобетонные стропила и обрешетка деревянные 8. Кровля: из керамической первосортной черепицы из волнистого асбошифера из черной листовой стали 150 80 40 20 25 80 40 100 50 150 150 50 80 30 15 125* 125* 80 60 60 80 40 20 25 80 40 30 30 100 50 125 125 50 80 30 15 100* 100* 60 60 60 80 30 20 25 80 40 30 30 100 50 50 80 30 15 50 50 30 20 25 30 30 15 40 50* 30 15 30 30* 30* 20 25 30 30 15 30* 30 15 15* 15* 15 15 8 15*
43
Продолжение табл. 2.1
Наименование зданий, их конструктивных элементов и отделки Усредненные сроки службы но группам зданий, лет
I II III IV V VI
из оцинкованной листовой стали 25 25 25 25 — —
из рулонных материалов (2—3 слоя рубероида и 1 слой пергамина) 12 12 12 12 10 8
из асфальтобитумных мастик по бетонному основанию 9. Водосточные трубы: 10 10 10
из оцинкованной кровельной стали 8 8 8 8 — —
из черной кровельной стали 10. Окраска и промазка кровли: 6 6 6 6 6 —
окраска кровли из черной стали кузбасс-крас- кой за два раза по грунтовке химически стой- кой эмалью ДП 4 4 4 4 —
то же, по грунтовке олифой типа оксоль 3 3 3 3 —
промазка мягких кровель из рубероида битум- ными мастиками с посыпкой крупным песком 11. Перегородки: 3 3 3 3 3 3
гипсовые, гипсоволокнистые в жилых комнатах 60 60 60 — — —
деревянные оштукатуренные или обитые су- хой штукатуркой в жилых комнатах — 40 40 40 30 15*
шлакобетонные, бетонные, кирпичные ошту- катуренные в санузлах и на кухнях 75 75 75 — — —
деревянные оштукатуренные в санузлах и на кухнях 12. Окна и двери: 30 30 30 30 15*
переплеты и дверные полотна с коробками в наружных стенах 50 40 40 40 30 15*
внутриквартирные двери Внутренние отделочнь 13. Штукатурка: 50 ie рабо 50 ты 50 40 30 15*
по бетонным и кирпичным стенам в жилых комнатах 60 60 60 — — —
по деревянным степам и перегородкам в жи- лых комнатах 40 40 40 40 30* 15*
по деревянным стенам в санузлах 25 25 25 25 20 15*
в лестничных клетках, вестибюлях и других местах общего пользования 40 40 40 30 30* 15*
сухая штукатурка на стенах жилых комнат 30 30 30 30 30 15*
то же, на стенах лестничных клеток 14. Окраска и оклейка: 20 20 20 20 20 —
клеевая окраска стен жилых комнат 5 5 5 5 5 5
44
Продолжение табл. 2.1
Наименование зданий, их конструктивных элементов и отделки Усредненные сроки службы по группам зданий, лет
I II 111 IV V VI
оклейка стен жилых комнат простыми обоями 5 5 5 5 5 5
оклейка стен жилых комнат обоями улучшен- ного качества 8 8 8 — — —
клеевая окраска мест общего пользования 3 3 3 3 — —
масляная окраска столярных изделий, а также стен в жилых комнатах 8 8 8 8 8 8
то же, стен лестничных клеток, санузлов и ку- хонь 5 5 5 5 5 5
то же, чистых полов на кухнях, в коридорах и санузлах 3 3 3 3 3 3
то же, чистых дощатых полов в жилых комнатах Инженерное оборудове 15. Центральное отопление: 5 шие до 5 ма 5 5 5 5
нагревательные приборы-радиаторы 40 40 40 30 30* —
трубопроводы 30 30 30 30 30
котлы чугунные 25 25 25 25 25 —
котлы стальные 20 20 20 20 20 —
насосы, вентиляторы и электродвигатели 10 10 10 10 10 —
изоляция трубопроводов 10 10 10 10 10 —
обмуровка котлов (кирпичом) 5 5 5 5 — —
борова и дымоходы 16. Горячее водоснабжение: 10 10 10 10 — —
трубопроводы 10 10 10 10 10 —
изоляция трубопроводов 17. Водопровод и канализация: 10 10 10 10 10 —
трубопроводы газовые черные 15 15 15 15 15 15
то же, оцинкованные 30 30 30 30 30 15
трубопроводы чугунные 40 40 40 40 30* 15*
водоразборные краны и краны-смесители 15 15 15 15 15 15*
приборы фаянсовые 15 15 15 15 15 15*
дворовая водопроводная и канализационная сеть 40 40 40 40 30* 15*
ванны чугунные эмалированные 40 40 40 40 30* 15*
раковины чугунные эмалированные 18. Электроосвещение: 30 30 30 30 30* 15*
электропроводка открытая 20 20 20 20 15 15*
электропроводка скрытая 30 30 30 — — —
вводы и магистральные линии 30 30 30 30 30 15*
45
Окончание табл. 2.1
Наименование зданий, их конструктивных элементов и отделки Усредненные сроки службы по группам зданий, лет
1 11 111 IV V VI
приборы — выключатели, штепсельные розет- ки и др. 19. Газооборудование: 10 10 10 10 10 10
внутренняя и дворовая сеть 20 20 20 20 20 15*
газовые плиты 20 20 20 20 20 15*
газовые водогрейные колонки Наружные рабе» 20. Отделка фасадов зданий, покрытия поясков, сандриков и подоконников: 10 11 ы 10 10 10 10 10
из оцинкованной кровельной стали 8 8 8 8 — —
то же, из черной кровельной стали 6 6 6 6 — —
штукатурка по кирпичу 30 30 30 — — —
штукатурка по дереву — — — 20 20 15*
терразитовая штукатурка с мраморной крошкой 50 50 50 — — —
облицовка керамическими плитками 75 75 75 — —
облицовка естественным камнем 150 125 100 — — —
окраска по штукатурке 6 6 6 — — —
окраска силикатными составами 5 5 5 — — —
масляная окраска по дереву — — — 6 6 6
известковая окраска 21. Балконы: 3 3 3 3 3 3
несущие железобетонные балки — консоли и плиты перекрытия 150 125 100 — — —
несущие металлические балки — консоли с бетонным заполнением между ними 75 75 75 — — —
то же, с дощатым заполнением 40 40 40 — — —
несущие деревянные балки — консоли с до- щатым заполнением — — — 20 15 —
металлическая решетка 40 40 40 — — —
деревянная решетка — — — 10 10 —
цементный пол 20 20 20 —• —
асфгиьтовый пол 10 10 10 — — —
деревянный пол, покрытый оцинкованной кровельной сталью 20 20 20 20 20 —
то же, черной кровельной сталью 15 15 15 15 15 —
окраска кровельной стали 5 5 5 5 5 —
Примечание. Знаком «*» отмечены сроки службы конструкций, равные сроку
службы здания.
46
Приведенные в таблице сроки службы отдельных конструктивных
элементов, отделки и инженерного оборудования, отмеченные звездоч-
кой, взяты не из условий их полного физического износа, а в пределах
срока службы жилых домов, в которых они применены.
В самостоятельном разделе Положения рассмотрены вопросы со-
держания зданий, особенности наблюдений за их сохранностью и
основные указания по эксплуатации. В значительной степени содержа-
ние этого раздела повторяет известные положения «Правил и норм
технической эксплуатации жилищного фонда» [19]. В Положении [12]
рассмотрены некоторые особенности эксплуатации общественных зда-
ний. Пункт 20 раздела 3 нацеливал на расширение работ в этой облас-
ти: «В дополнение к настоящему Положению министерства и ведомст-
ва обязаны разработать инструкции по технической эксплуатации
общественных зданий, в которых должны учитываться особые условия
эксплуатации отдельных зданий и их инженерного оборудования».
Этот рекомендательный пункт оказал стимулирующее влияние на весь
ход разработки Положений от гражданских и промышленных зданий
до объектов специального и другого назначения во всех отраслях на-
родного хозяйства, где находится в эксплуатации продукция строитель-
ства.
Представляется важной приведенная в Положении классификация
ремонтов на текущий (профилактический и непредвиденный) и капи-
тальный (выборочный и комплексный). Несмотря на известную услов-
ность терминов выборочный и капитальный ремонты и нечеткость
критериев, новая классификация явилась одним из этапов системного
подхода. Формулировка: «Профилактический ремонт является основой
нормальной технической эксплуатации и повышения долговечности
жилых и общественных зданий» ориентировала на плановые ремонты,
предупреждение и ликвидацию дефектов, предохранение зданий от
преждевременного износа и, в конечном итоге, на сокращение расхо-
дов на капитальный ремонт зданий.
Документ устанавливал периодичность осмотров и ремонтов. Разра-
ботанная система сочетания семи видов осмотров и ремонтов для зда-
ний различной капитальности предусматривала периодичность общего
осмотра (2 раза в год), частичного и внеочередного осмотров (ненор-
мируемых), текущего профилактического (через 3 года) и текущего не-
предвиденного (ежегодного), выборочного и капитального ремонтов.
Разработанные дифференцированные нормы затрат на текущий ре-
монт для каждой группы зданий позволили более объективно подойти
к формированию планов текущего ремонта и распределению средств
на ремонтные нужды.
Используя опыт создания первых двух Положений министерствами
и ведомствами были разработаны аналогичные документы для подве-
домственных объектов. К их числу относятся «Положение о проведе-
нии планово-предупредительного ремонта производственных зданий»
47
(1972 г.), «Инструкция о технической эксплуатации производственных
зданий и сооружений» (1973 г.), «Положение о проведении плано-
во-предупредительного ремонта и технической эксплуатации произ-
водственных зданий и сооружений предприятий промышленности
строительных материалов» (1977 г.) и др.
Общим для этих документов являлись не только структура, рубрика-
ция основных разделов и состав приложений, но и методика построе-
ния системы ППР.
В целом разработка и внедрение системы ППР позволили оценить
преимущества системного подхода к процессу эксплуатации зданий и
сооружений.
В передовых жилищно-эксплуатационных хозяйствах и на промыш-
ленных предприятиях удалось более продуманно обеспечить использо-
вание средств на текущие ремонты. В то же время в процессе внедре-
ния этих документов выявилась необходимость уточнения отдельных
разделов ППР.
В этом плане представляет интерес работа, выполненная ЛНИИ
АКХ совместно с трестом Оргремжилстрой по заданию Минжилкомхо-
за РСФСР и Госгражданстроя Госстроя СССР. В ней ставилась задача
проанализировать опыт внедрения Положения о ППР для жилых и об-
щественных зданий в городах РСФСР за период 15 лет с момента вы-
хода в свет документа.
Изучение опыта внедрения Положения в организациях 12 областей
и краев Российской Федерации позволило сделать вывод о многочис-
ленных отступлениях от принятой классификации капитального ре-
монта, а также о необходимости более четкого установления норматив-
ных требований к капитальному ремонту каменных и деревянных
зданий, к текущему ремонту.
Интерес к разработке системы плановой эксплуатации проявляют
специалисты Венгрии, Польши, Германии. По мнению немецких спе-
циалистов К. Эйхлера, И. Хюбнера, К. Байера, внедрение системы
ожидается в первую очередь для модернизированных и вновь постро-
енных зданий, что объясняется значительным износом жилищного
фонда. Особое внимание уделяется изучению поведения основных
строительных конструкций в течение длительного времени. Серьезные
исследования по закономерности износов проведены К. Швердтнером
для промышленных зданий [92]. Особое внимание уделяется планиро-
ванию затрат на внедрение ППР. Для этих целей разработаны техниче-
ски обоснованные нормы выработки и нормы расхода материалов, со-
ставлены модели ремонтов в домах за период эксплуатации их в
течение 100 лет, которые учитывают ожидаемые затраты за каждые
15 лет по всем конструктивным элементам, требующим ремонта. Со-
ставление таких моделей, в которых соединены воедино сроки службы
и затраты в денежном исчислении за каждый отрезок времени (15 лет),
48
заслуживает внимания и представляется дальнейшим развитием систе-
мы планово-предупредительного ремонта зданий и сооружений.
Важным организационным принципом считается карточка каталога
с краевой перфорацией, содержащая информацию об объекте, потреб-
ных ремонтах в денежном измерении, строительных материалах и тру-
дозатратах. Решены вопросы обработки данных карточек на ЭВМ для
планирования на различную перспективу. Такой подход к реализации
положений ППР заслуживает внимательного изучения и использова-
ния в отечественной практике.
2.2. МЕЖРЕМОНТНЫЕ СРОКИ
Определяющим признаком эксплуатации сложных объектов являет-
ся время. Именно время служит основным критерием для разработки
требований к возможности использования по назначению того или
иного здания совместно с требованиями функциональности. Невыпол-
нение зданием заданных функций в установленное время является
причиной убытков, которые несет государство из-за ненадежности
строительных объектов.
Система ППР, как было рассмотрено выше, предусматривает ремон-
тные работы, объемы и сроки выполнения которых находятся в зависи-
мости от сроков службы и видов конструкций зданий и сооружений.
Периодичность ремонтов, или межремонтные сроки, определяются
продолжительностью эксплуатации до момента, когда начинается мас-
совый рост отказов по данному элементу. Производство ремонтных ра-
бот до наступления этого момента или позже не рекомендуется.
В первом случае не используются полностью эксплуатационные воз-
можности элемента, во втором — несвоевременно устраняются неисп-
равности в здании, что является нарушением правил технической экс-
плуатации. Иными словами осуществляемый капитальный ремонт
должен предусматривать сохранение постоянного уровня надежности.
Неслучайно во всех разработанных Положениях о планово-предупре-
дительном ремонте отдельным разделом выделен материал по перио-
дичности ремонтов и межремонтным срокам.
Так, например, в «Положении о проведении планово-предупредите-
льного ремонта жилых и общественных зданий» установлена перио-
дичность производства выборочного (ВК) и комплексного (КК) капи-
тального ремонтов для шести групп жилых домов и девяти групп
общественных зданий в зависимости от степени их капитальности, ма-
териала стен и перекрытий (табл. 2.2). Однако в документе не приведе-
на стратегия ремонта крупнопанельных жилых домов. Из пред-
принятых попыток обоснования межремонтных периодов для этой
качественно новой группы зданий следует выделить работы АКХ, Мос-
4 Заказ № 788
49
жилНИИпроекта, НИКТИ ГХ МЖКХ УССР. Исходя из анализа затрат
на ремонт установлено, что наибольшее количество ремонтируемых
элементов и основные затраты на их ремонт приходятся на 12-й, 24-й и
36-й годы эксплуатации здания. По данным НИКТИ ГХ МЖКХ
УССР, максимальные затраты приходятся на 36-й год. В это время
предусматривается проведение капитальных ремонтов большинства
конструктивных элементов.
Таблица 2.2
Сроки службы и периодичность ремонтов жилых и общественных зданий
Наименование групп зданий Общий срок службы здания, лет Периодичность ремонтов
А. Жилые здания I. Здания каменные, особо капитальные; фундаменты 150 В К — через 6 лет
каменные и бетонные, стены каменные (кирпичные и крупноблочные), перекрытия железобетонные П. Здания каменные, обыкновенные; фундаменты ка- 125 КК — через 30 лет В К — через 6 лет
менные, стены каменные (кирпичные, крупноблочные и крупнопанельные), перекрытия железобетонные или смешанные III. Здания каменные облегченные; фундаменты камен- 100 КК — через 30 лет ВК — через 6 лет
ные и бетонные, стены облегченной кладки из кирпича, шлакоблоков и ракушечника, перекрытия деревянные или железобетонные IV. Здания деревянные рубленые и брусчатые, смешан- 50 КК — через 24 года ВК — через 6 лет
ные; фундаменты ленточные бутовые, стены рубленые, брусчатые и смешанные (кирпичные и деревянные), пе- рекрытия деревянные V. Здания сборно-щитовые, каркасные, сырцовые, гли- 30 КК — через 18 лет ВК — через 6 лет
побитные, саманные и фахверковые; фундаменты на де- ревянных стульях или бутовых столбах, стены каркас- ные, глинобитные и др., перекрытия деревянные VI. Здания каркасно-камышитовые и прочие облегчен- 15 КК — нет ВК — через 5 лет
ные Б. Общественные здания 1. Здания каркасные с железобетонным или металличе- 175 КК — нет ВК — через 6 лет
ским каркасом, с заполнением каркаса каменным мате- риалом II. Здания с каменными стенами из штучных камней 150 КК — через 30 лет ВК — через 6 лет
или крупноблочные; колонны и столбы железобетонные или кирпичные, перекрытия железобетонные III. Здания с каменными стенами из штучных камней 125 КК — через 30 лет ВК — через 6 лет
или крупноблочные; колонны и столбы железобетонные или кирпичные, перекрытия деревянные IV. Здания со стенами облегченной каменной кладки; 100 КК — через 30 лет ВК — через 6 лет
колонны и столбы железобетонные или кирпичные, пе- рекрытия железобетонные КК — через 30 лет
50
Окончание табл. 2.2
Наименование групп зданий Общий срок службы здания, лет Периодичность ремонтов
V. Здания со стенами облегченной каменной кладки; колонны и столбы кирпичные или деревянные, пере- крытия деревянные 80 ВК — через 6 лет КК — через 24 года
VI. Здания деревянные с бревенчатыми или брусчатыми рублеными стенами 50 ВК — через 6 лет КК — через 18 лет
VII. Здания деревянные (каркасные и щитовые), сырцо- вые саманные 25 ВК — через 6 лет КК — нет
VIII. Здания камышитовые и прочие облегченные здания 15 ВК — через 5 лет КК — нет
IX. Палатки, павильоны, ларьки, киоски и другие об- легченные здания торговых организаций 10 ВК — через 5 лет КК — нет
Исходя из этого цикл ремонтных работ для жилых крупнопанель-
ных зданий в ряде ведомственных документов принимается равным
36 годам. Вместе с тем необходимо отметить, что этот срок не узаконен
официальными нормативными документами.
Для производственных зданий в 1863 г. был издан документ «Поло-
жение о проведении планово-предупредительного ремонта производст-
венных зданий», утвержденный Госстроем СССР и явившийся основой
для составления аналогичных документов для зданий и сооружений,
находящихся в ведении различных министерств и ведомств. В 1974 г.
была издана вторая редакция этого документа [15]. Установленная дан-
ным Положением периодичность капитального ремонта производст-
венных зданий в зависимости от группы капитальности и условий экс-
плуатации (табл. 2.3) практически осталась неизменной и для
документов локального характера.
Таблица 2.3
Периодичность капитальных ремонтов промышленных зданий
Капитальность здания Периодичность капитальных ремонтов, лет
в нормальных условиях в агрессивной среде и при переувлажне- нии при вибраци- онных нагруз- ках
С железобетонным или металлическим кар- касом, с заполнением каркаса каменными материалами 20 15 6
С каменными стенами из штучных камней или крупноблочные; колонны и столбы же- лезобетонные или кирпичные; перекрытия железобетонные 15 10 6
51
Окончание табл. 2.3
Капитальность здания Периодичность капитальных ремонтов, лет
в нормальных условиях в агрессивной среде и при переувлажне- нии при вибраци- онных нагруз- ках
То же, с деревянными перекрытиями 12 10 6
Со стенами облегченной каменной кладки; колонны и столбы кирпичные или железобе- тонные, перекрытия железобетонные 12 10 5
Со стенами облегченной каменной кладки; колонны и столбы кирпичные или деревян- ные, перекрытия деревянные 10 7 6
Деревянные с брусчатыми или бревенчатыми рублеными стенами 10 8 5
Так, например, в «Инструкции по технической эксплуатации произ-
водственных зданий и сооружений», разработанной головным проект-
но-конструкторским бюро ремонтного производства Министерства
тракторного и сельскохозяйственного строительства СССР, установле-
ны два уровня рекомендуемых сроков ремонта (табл. 2.4), отличаю-
щихся в основном на 3,5 или 10 лет от нормативных, принятых в ППР.
Таблица 2.4
Периодичность капитального ремонта промышленных зданий
для различных условий эксплуатации
Наименование конструктивных элементов Примерная периодичность капитального ремонта для различных условий эксплуатации, лет
в нормальных условиях в агрессивной среде и при пе- реувлажнении при вибрацион- ных и других динамических нагрузках
1. Фундаменты:
железобетонные и бетонные 50-60 25-30 15-20
бутовые и кирпичные 40-50 20-25 12-15
деревянные стулья 10-15 8-12 10-12
2. Стены:
каменные из штучных материалов 20-25 15-18 12-15
каменные облегченной кладки 12-15 8-12 10-12
деревянные рубленые 15-20 12-15 15-18
деревянные каркасные и щитовые 12-15 8-12 10-12
глинобитные, сырцовые и саман- 8-10 6-8 6-8
ные
3. Колонны:
металлические 50-60 40-45 40-50
железобетонные 50-60 40-45 35-40
52
Окончание табл. 2.4
Примерная периодичность капитального ремонта для
различных условий эксплуатации, лет
Наименование конструктивных элементов в нормальных условиях в агрессивной среде и при пе- реувлажнении при вибрацион- ных и других динамических нагрузках
кирпичные 20-25 15—18 12—15
деревянные на обвязке 15-18 10-15 10—12
деревянные в земле 10-15 8-12 10-12
4. Фермы:
металлические 25-30 15-20 20-25
железобетонные 20-25 15-20 15-20
деревянные 15-20 12—15 12-15
5. Перекрытия:
железобетонные 20-25 15-18 15-20
деревянные 15-20 12-15 12-15
«Положением о проведении ППР и технической эксплуатации
производственных зданий и сооружений предприятий промышленно-
сти строительных материалов», разработанным Оргпроектцементом,
установлена периодичность капитального ремонта дорог, проездов,
ограждений и сооружений технологического назначения.
В заключение следует отметить, что межремонтные сроки, в извест-
ной мере определяющие эффективность осуществления системы ППР
в отрасли, на предприятиях, в жилищном хозяйстве области, города,
являются незаменимой информацией для планирования. Будучи вклю-
ченными в Положения, утвержденные Госстроем России или мини-
стерством, они приобретают законодательную силу. Вместе с тем в
процессе реализации ППР естественно накапливается опыт и возника-
ют предложения по уточнению как межремонтных сроков, так и сро-
ков службы зданий (сооружений) и их элементов. И это лишний раз
подтверждает жизненность документов, важность для народного хозяй-
ства страны, а также необходимость их периодического обновления.
По-видимому, на ближайшую перспективу основными направлени-
ями работ по уточнению межремонтных сроков должны быть: нахож-
дение функции интенсивности отказов конструкций во времени; опре-
деление стоимости ремонта и убытка от развития дефекта; изучение
возможности восстановления конструкций с минимальной заменой
элементов данной конструкции и смежных, связанных с ней конструк-
ций.
Подтверждением правомерности этого вывода являются докумен-
ты, разработанные в течение последних 10—12 лет. Так, например, в
целях создания и реализации единой концепции обслуживания лиф-
тов в России в 1998 г. было разработано «Положение о системе пла-
53
ново-предупредительных ремонтов лифтов», утвержденное Министер-
ством Российской Федерации по земельной политике, строительству и
жилищно-коммунальному хозяйству (приказ № 53 от 17.08.1998 г.).
При разработке этого документа учтены замечания и предложения
заводов-изготовителей лифтов, специализированных организаций по
проектированию, монтажу, техническому обслуживанию и ремонту
лифтов, органов Госгортехнадзора России, инженерных центров, а так-
же требования Европейского стандарта EN-81 «Правила безопасности
по устройству и установке лифтов», рекомендации Европейской лиф-
товой ассоциации (ЕЕА) «Лифты. Безопасность для пользователей» и
«Рекомендации по техническому обслуживанию лифтов и эскалато-
ров». Положение распространяется на лифты, находящиеся в эксплуа-
тации на территории РФ, установленные в жилых зданиях, а также в
зданиях и сооружениях социально-культурного, коммунально-бытово-
го и лечебного назначения.
Система ППР включает в себя систему технического обслуживания
(периодичность осмотров, текущих ремонтов, аварийно-технического
обслуживания) и систему восстановительного ресурса лифтов (капита-
льный ремонт, модернизация, замена).
Система планово-предупредительного ремонта предусматривает
планирование, подготовку и реализацию осмотров, текущего и капита-
льного ремонтов о модернизацию лифтов с заданной последовательно-
стью и периодичностью.
Периодичность и состав работ при техническом обслуживании и ре-
монте лифтов определяют специализированные по лифтам организа-
ции, имеющие лицензии Госгортехнадзора России на соответствующие
этапы деятельности и разработку эксплуатационной документации по
ГОСТ 2.601-95 с учетом выполнения технических требований, установ-
ленных эксплуатационной документацией заводов-изготовителей и на-
стоящим Положением.
Капитальный ремонт обеспечивает восстановление исправности,
полного или близкого к полному ресурса лифта. Продолжительность
циклов между плановыми капитальными ремонтами устанавливается
как средневзвешенная (по годам выпуска лифтов, находящихся в эксп-
луатации) величина (табл. 2.5).
Таблица 2.5
Периодичность капитального ремонта лифтов
Тип лифта Номинальная скорость, м/с Периодичность капитального ремонта, лет, для лифтов, находящихся в эксплуатации и изготов- ленных
до 1967 1968-1976 1977-1985 1986-1993
Пассажирские 0,65 8 — — —
0,71 — 8 8 15
1,00 6 6 6 13
54
Окончание табл. 2.5
Тип лифта Номинальная скорость, м/с Периодичность капитального ремонта, лет, для лифтов, находящихся в эксплуатации и изготов- ленных
до 1967 1968-1976 1977-1985 1986-1993
1.4 — — 6 10
2,0; 4,0 — 4 6
Пассажирские для произ- водственных зданий 0,5 — — 5 8
Больничные 0,5 8 8 8 10
Грузовые и грузовые ма- лые 0,18; 0,25; 0,5 4 4 6 10
Примечание. При разработке и освоении новых моделей лифтов (вт. ч. зарубежно-
го производства) периодичность проведения капитальных ремонтов определяется эксп-
луатационной документацией заводов-изготовителей.
В предложенную систему впервые в практике разработки аналогич-
ных документов введены разделы по техническому освидетельствова-
нию и диагностическому обследованию лифтов, отработавших норма-
тивный срок службы. К достоинствам разработки следует также
отнести тот факт, что авторы дают трактовку терминов, использован-
ных в документе. Полезность такого подхода очевидна: вся система
лифтового хозяйства России сможет «разговаривать» на одном языке.
В качестве примеров приведем некоторые термины и определения.
1. Текущий ремонт лифта — ремонт с целью восстановления исправ-
ности лифта (работоспособности), а также для поддержания его эксп-
луатационных показателей.
2. Техническое обслуживание лифта — комплекс работ по поддержа-
нию исправности, работоспособности и заданных параметров лифта.
3. Капитальный ремонт лифта — ремонт, выполняемый для восста-
новления исправности, полного или близкого к полному восстановле-
нию ресурса лифта с заменой или восстановлением любых его частей,
включая базовые. Значение ресурса, близкого к полному, устанавлива-
ется в нормативно-технической документации.
4. Специализированное предприятие по техническому обслуживанию
и ремонту лифтов — специализированная по лифтам организация,
имеющая в своем составе структурные подразделения по разработке
необходимой технической документации, подготовке кадров и контро-
лю качества работ, аварийную службу, а также квалифицированный
персонал и соответствующую материально-техническую базу.
В перечень видов деятельности специализированной организации
входит комплекс работ по техническому обслуживанию, ремонту и мо-
дернизации лифтов (выполняются на основании соответствующих ли-
цензий органов Госгортехнадзора России).
55
5. Инженерный центр по лифтам — экспертная организация, имею-
щая соответствующие лицензии органов Госгортехнадзора России, в пе-
речень видов деятельности которой входит техническое освидетельство-
вание, диагностирование, экспертное обследование, неразрушающие
методы контроля металлоконструкций и другие виды деятельности по
лифтам (кроме технического обслуживания и ремонта).
6. Эксплуатация лифта — стадия жизненного цикла лифта, в тече-
ние которого реализуется, поддерживается и восстанавливается его ка-
чество. Она включает в себя использование лифта по назначению, хра-
нение в период эксплуатации, обслуживание и ремонт.
7. Модернизация лифта — это обновление (усовершенствование) уз-
лов и деталей, обеспечивающее их новый качественно технический
уровень (при сохранении основных параметров — грузоподъемности,
скорости и кинематической схемы) и восстанавливающее полный или
частичный срок службы лифта.
В дополнение к «Положению о системе ППР лифтов» в 1999 г. из-
дано «Положение о порядке организации эксплуатации лифтов в Рос-
сийской Федерации», в котором определены требования к владельцу
лифтов и диспетчерского оборудования, а также к специализированно-
му предприятию (организации), осуществляющему техническое обслу-
живание, ремонт, реконструкцию, модернизацию и замену лифтов по
договорам с их владельцами, прописан порядок передачи лифтов спе-
циализированному предприятию для выполнения им указанных выше
работ.
В большинстве рассмотренных документов усредненные сроки
службы даны для обычных условий эксплуатации. Поэтому естествен-
но стремление ряда организаций и авторов ввести дифференцирован-
ную оценку в зависимости от разных условий эксплуатации зданий.
Так, например, В. С. Абрашитов [23] в своей монографии «Техниче-
ская эксплуатация и обследование строительных конструкций»
(М.: Издательство АСВ, 2002 г.), вводит четыре ступени оценки норма-
тивного срока службы зданий: в нормальных условиях, при слабой,
средней и сильной агрессивности среды (табл. 2.6 и 2.7).
Одним из последних документов, регламентирующих периодич-
ность ремонтов в процессе эксплуатации жилых и гражданских зданий,
стало «Положение об организации и проведении реконструкции, ре-
монта и технического обслуживания зданий, объектов коммунальное и
социально-культурного назначения» ВСН 58-88 (р), разработанное
Госкомархитектурой и изданное Стройиздатом в 1990 г. [13]. Авторы
отказались от понятия «срок службы», применив новые термины «про-
должительность эксплуатации до капитального ремонта», «минималь-
ная продолжительность эффективной эксплуатации до постановки на
текущий ремонт» и «минимальная продолжительность эффективной
эксплуатации до постановки на капитальный ремонт», значения кото-
рых предлагается считать как рекомендуемые (табл. 2.8 и 2.9). В прило-
56
жениях к документу приводятся уточненные полезные сведения об
основных работах по техническому обслуживанию и текущему ремон-
ту, о периодичности осмотров и сроках устранения неисправностей.
Таблица 2.6
Нормативные сроки службы производственных и непроизводственных зданий
п/п Наименование зданий и сооружений Нормативный срок службы, лет
В нор- мальных условиях При степени агрессивности среды
слабой средней сильной
1 Здания многоэтажные (более 2 этажей) за исключением многоэтажных зданий типа этажерок специального технологического на- значения (обогатительных фабрик, дробиль- ных размольных производств). Здания одно- этажные с железобетонным и металлическим каркасом, со стенами из каменных материа- лов, крупных блоков и панелей, с железобе- тонным, металлическим и другими долговеч- ными покрытиями, с площадью пола свыше 5 тыс. м2 100 80 60 80
2 Здания двухэтажные всех назначений, кроме деревянных всех видов; здания одноэтажные с железобетонными и металлическими каркаса- ми, с сеткой колонн 6 м и более, со стенами из каменных материалов, крупных блоков и па- нелей, с железобетонными, металлическими и другими долговечными покрытиями, с пло- щадью пола до 5 тыс. м2 83 66 42 33
3 Здания многоэтажные типа этажерок специа- льного технологического назначения (обога- тительные фабрики, дробильные, размоль- ные, химические цехи и другие аналогичные производства) 59
4 Здания одноэтажные бескаркасные со стена- ми из каменных материалов, крупных блоков и панелей, с железобетонными, металличе- скими и кирпичными колоннами и столба- ми, с железобетонными, металлическими, деревянными и другими перекрытиями и по- крытиями 60 48 36 30
5 Здания, имеющие малую сетку колонн (ме- нее 6 м) и пролеты до 18 м с часто располо- женными внутренними стенами, со стенами из каменных материалов и бетонных блоков, с железобетонными и другими перекрытиями устаревших конструкций 40 32 24 20
6 Здания деревянные с брусчатыми и бревен- чатыми стенами 30 — — —
57
Таблица 2.7
Нормативные сроки службы конструктивных элементов
производственных и непроизводственных зданий
п/п Конструктивные элементы Нормативный срок службы, лет
В норма- льных условиях При степени агрессивности среды
слабой средней сильной
1 Фундаменты
Ленточные и столбчатые, бетонные и же- лезобетонные 100 80 50 40
Ленточные и столбчатые бутовые на сложном или цементном растворе 80 64 40 32
Ленточные и столбчатые на известковом растворе 50 40 25 20
2 Стены
Особо капитальные, каменные и крупно- блочные на сложном или цементном рас- творе 100 80 72 60
Каменные обыкновенные, крупноблоч- ные и крупнопанельные 80 64 57 48
Каменные облегченной кладки из кирпи- ча, шлакоблоков и ракушечника 50 40 25 20
3 Колонны
Сборные или монолитные железобетонные 100 80 75 60
Стальные 85 64 60 53
4 Подкрановые балки
Сборные или монолитные железобетон- ные 80 66 60 51
Стальные клепанные, сварные, из про- катных профилей легкого и среднего ре- жимов работы крана 50 42 37 33
Стальные тяжелого режима и весьма тя- желого режима работы кранов 20 18 15 10
5 Перекрытия
Железобетонные, сборные и монолитные 100 80 62 48
С кирпичными сводами или бетонным заполнителем по металлическим балкам 80 72 55 40
Деревянные по металлическим балкам 50 — — —
Деревянные 50 — —
58
Окончание табл. 2.7
п/п Конструктивные элементы Нормативный срок службы, лет
В норма- льных условиях При степени агрессивности среды
слабой средней сильной
6 Полы
Цементные, бетонные, армоцементные 30 20 15 7
Цементные с мраморной крошкой 40 28 20 10
Из керамической плитки по бетонному основанию 60 54 45 36
Паркетные 30 __ — —
Линолеумные 15 — — —
7 Лестницы
Марши и площадки сборные или моно- литные железобетонные 100 — — —
Площадки железобетонные, ступени же- лезобетонные или каменные по металли- ческим балкам или косоурам 75 — — —
8 Крыши (покрытия)
Сборные монолитные плиты по сборным или монолитным стальным фермам и балкам 100 80 66 50
Сборные и мелкоразмерные железобе- тонные плиты по стальным фермам и балкам 50 42 33 25
Асбестоцементные волнистые листы и плиты, стальные профилированные и волнистые листы по стальным прогонам, балкам и фермам 40 33 25 10
Деревянные настилы по деревянным фермам и балкам; стропила и обрешетка деревянные; чердачные перекрытия дере- вянные 30 — —
9 Кровля
Из асбестоцементных волнистых листов 30 27 22 18
Из оцинкованной листовой стали 25 16 13 8
Из черной листовой стали 15 10 8 5
Из рулонных материалов 8 8 6 5
Из мастичных материалов 10 9 7 6
59
Таблица 2.8
Минимальная продолжительность эффективной эксплуатации зданий
Виды жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения по материалам основных конструкций Продолжительность эффективной эксплуатации, лет
до постановки на текущий ре- монт до постановки на капитальный ремонт
Полносборные крупнопанельные, крупноблочные, со 3-5 15-20
стенами из кирпича, естественного камня и т. п. с же- лезобетонными перекрытиями при нормальных усло- виях эксплуатации (жилые дома, а также здания с ана- логичным термпературно-влажностным режимом основных функциональных помещений) То же, при благоприятных условиях эксплуатации, 3-5 20-25
при постоянно поддерживаемом температурно-влаж- ностном режиме (музеи, архивы, библиотеки и т. п)
То же, при тяжелых условиях эксплуатации, при по- вышенной влажности, агрессивности воздушной сре- ды, значительных колебаниях температуры (бани, прачечные, бассейны, бальнео- и грязелечебницы и т. п), а также открытые сооружения (спортивные, зре- 2-3 10-15
лишние и т, п) Со стенами из кирпича, естественного камня и т. п. с деревянными перекрытиями; деревянные, со стенами 2-3 10-15
из прочих материалов при нормальных условиях эксп- луатации (жилые дома и здания с аналогичным темпе- ратурно-влажностным режимом основных функцио- нальных помещений) То же, при благоприятных условиях эксплуатации, 2-3 15-20
при постоянно поддерживаемом температурно-влаж- ностном режиме (музеи, архивы, библиотеки и т. п.) То же, при тяжелых условиях эксплуатации, при по- вышенной влажности, агрессивности воздушной сре- ды, значительных колебаниях температуры (бани, прачечные, бассейны, бальнео- и грязелечебницы и т. п.), а также открытые сооружения (спортивные, зре- лищные и т. п.) 2-3 8-12
Таблица 2.9
Минимальная продолжительность эффективной эксплуатации элементов зданий
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Фундаменты Ленточные бутовые на сложном или цементном растворе* 50 50
То же, на известковом растворе и кирпичные* 50 50
60
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Ленточные бетонные и железобетонные* 60 60
Бутовые и бетонные столбы 40 40
Свайные* 60 60
Деревянные стулья Стены 15 15
Крупнопанельные с утепляющим слоем из минераловат- ных плит, цементного фибролита* 50 50
Крупнопанельные однослойные из легкого бетона* 30 30
Особо капитальные, каменные (кирпичные при толщине 2,5—3,5 кирпича) и крупноблочные на сложном или це- ментном растворе* 50 50
Каменные обыкновенные (кирпичные при толщине 2—2,5 кирпича)* 40 40
Каменные облегченной кладки из кирпича, шлакоблоков и ракушечника* 30 30
Деревянные рубленые и брусчатые* 30 30
Деревянные сборно-щитовые, каркасно-засыпные* 30 30
Глинобитные, саманные, каркасно-камышитовые* Герметизированные стыки Панелей наружных стен мастиками: 15 15
нетвердеющими 8 8
отверждающимися 15 15
Мест примыкания оконных (дверных) блоков к граням проемов Перекрытия 25 25
Железобетонные сборные и монолитные* 80 65
С кирпичными сводами или бетонным заполнением по металлическим балкам* 80 65
Деревянные по деревянным балкам, оштукатуренные междуэтажные 60 50
То же, чердачные 30 25
По деревянным балкам, облегченные, неоштукатуренные 20 15
Деревянные по металлическим балкам Утепляющие слои чердачных перекрытий из: 80 65
пенобетона 25 20
пеностекла 40 30
цементного фибролита 15 10
керамзита или шлака 40 30
минеральной ваты 15 10
минераловатных плит 15 10
61
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения прн нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Полы
Из керамической плитки по бетонному основанию 60 30
Цементные железненые 30 15
Цементные с мраморной крошкой Дощатые шпунтованные по: 40 20
перекрытиям 30 15
грунту Паркетные: 20 10
дубовые на рейках (на мастике) 60 (50) 30 (25)
буковые на рейках (на мастике) 40 (30) 20(15)
березовые, осиновые на рейках (на мастике) 30 (20) 15 (10)
Из паркетной доски 20 10
Из твердой древесно-волокнистой плиты 15 8
Мастичные на поливинилцементной мастике 30 15
Асфальтовые 8 4
Из линолеума безосновного 10 5
С тканевой или теплозвукоизолирующей основой 20 10
Из поливинилхлоридных плиток Из каменных плит: 10 10
мраморных 50 25
гранитных Лестницы 80 40
Площадки железобетонные, ступени плитные по метал- лическим, железобетонным косоурам 60 40
Накладные бетонные ступени с мраморной крошкой 40 30
Деревянные (ступени, косоуры, площадки) Балконы, лоджии, крыльца Балконы: 20 15
по стальным консольным балкам (рамам) с заполне- нием монолитным железобетоном или сборными плитами 60 50
с дощатым заполнением 30 25
по железобетонным балкам-консолям и плитам пере- крытия Ограждения балконов и лоджий: 80 70
металлическая решетка 40 35
деревянная решетка Полы: 10 8
цементные или плиточные балконов и лоджий с гид- роизоляцией 20 15
62
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
асфальтовый 10 8
несущие деревянные балки-консоли с дощатым запол- нением 20 15
деревянный пол, покрытый оцинкованной кровельной сталью 20 15
то же, черной кровельной сталью Крыльца: 15 12
бетонные с каменными или бетонными ступенями 20 15
деревянные Крыши и кровля Стропила и обрешетка: 10 8
из сборных железобетонных элементов 80 80
из сборных железобетонных настилов 80 80
деревянные Утепляющие слои совмещенных бесчердачных крыш вен- тилируемых (невентилируемых): 50 50
из пенобетона или пеностекла 40 (30) 40 (30)
из керамзита или шлака 40 (30) 40 (30)
из минеральной ваты 15(10) 15(10)
из минераловатных плит Покрытия крыш (кровля) 20 (15) 20(15)
Из оцинкованной стали 15 15
Из черной стали 10 10
Из рулонных материалов (в 3—4 слоя) 10 10
Из керамической черепицы 60 60
Из асбестоцементных листов и волнистого шифера 30 30
Безрулонные мастичные по стеклоткани Система водоотвода Водосточные трубы и мелкие покрытия по фасаду из стали: 10 10
оцинкованной 10 10
черной Внутренние водостоки из труб: 6 6
чугунных 40 40
стальных 20 20
полимерных Перегородки 10 10
Шлакобетонные, бетонные, кирпичные оштукатуренные 75 60
Гипсовые, гипсоволокнистые 60 50
Из сухой штукатурки по деревянному каркасу 30 25
63
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Двери и окна Оконные и балконные заполнения: деревянные переплеты 40 30
металлические переплеты 50 40
Дверные заполнения: внутриквартирные 50 35
входные в квартиру 40 30
входные на лестничную клетку 10 7
общественных зданий наружные (внутренние) — 40 (50)
Отопительные печи и кухонные очаги Кухонные печи с обогревающим щитком, работающие на топливе: дровяном 20 18
каменноугольном 15 12
Отопительные печи на топливе: дровяном 30 25
угольном 25 20
Вентиляция Шахты и короба на чердаке: из шлакобетонных плит 60 60
из деревянных щитов, обитых кровельным железом по 40 40
войлоку Приставные вентиляционные вытяжные каналы: из гипсовых и шлакобетонных плит 30 30
из деревянных щитов, оштукатуренных по тканой ме- 20 20
таллической сетке Внутренняя отделка Штукатурка: по каменным стенам 60 30
по деревянным стенам и перегородкам 40 20
Облицовка: керамическими плитками 40 30
сухой штукатуркой 30 15
Окраска в помещениях составами: водными 4 2
полуводными (эмульсионными) 5 3
Окраска лестничных клеток составами: водными 3 3
полуводными (эмульсионными) 4 4
64
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Окраска безводными составами (масляными, алкидными красками, эмалями, лаками и др.):
стен, потолков, столярных изделий 8 2
полов 5 3
радиаторов, трубопроводов, лестничных решеток Оклейка стен обоями: 4 4
обыкновенными 4 3
улучшенного качества Наружная отделка Облицовка: 5 4
цементными офактуренными плитками 60 60
ковровой плиткой 30 30
естественным камнем 80 80
Терразитовая штукатурка Штукатурка по кирпичу раствором: 50 50
сложным 30 30
известковым 20 20
Штукатурка по дереву 15 15
Лепные детали цементные Окраска по штукатурке (по бетону) составами: 30 30
известковыми 3 3
силикатными 6 6
полимерными 6 6
кремнийорганическими красками 8 8
Масляная окраска по дереву 4 4
Окраска кровель масляными составами Покрытие поясков, сандриков и подоконников из крове- льной стали: 4 4
оцинкованной 8 8
черной Инженерное оборудование Водопровод и канализация Трубопроводы холодной воды из труб: 6 6
оцинкованных 30 25
газовых черных Трубопроводы канализации: 15 12
чугунные 40 30
керамические 60 50
5 Заказ № 788
65
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
пластмассовые 60 50
Водоразборные краны 10 5
Туалетные краны Умывальники: 10 5
керамические 20 10
пластмассовые Унитазы: 30 15
керамические 20 10
пластмассовые Смывные бачки: 30 15
чугунные высокорасположенные 20 15
керамические 20 15
пластмассовые Ванны эмалированные: 30 20
чугунные 40 20
стальные Кухонные мойки и раковины: 25 12
чугунные эмалированные 30 15
стальные эмалированные 15 8
из нержавеющей стали 20 10
Задвижки и вентили из чугуна 15 8
Вентили латунные 20 12
Душевые поддоны 30 15
Водомерные узлы Горячее водоснабжение Трубопровод горячей воды из газовых оцинкованных труб (газовых черных труб) при схемах теплоснабжения: 10 10
закрытых 20 (10) 15 (8)
открытых 30 (15) 25 (12)
Смесители Полотенцесушители из труб: 15 8
черных 15 12
никелированных 20 15
Задвижки и вентили из чугуна 10 8
Вентили и пробковые краны из латуни 15 12
Колонки дровяные 20 20
Изоляция трубопроводов 10 10
Скоростные водонагреватели 10 10
66
Продолжение табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Центральное отопление
Радиаторы чугунные (стальные) при схемах:
закрытых 40 (30) 36 (25)
открытых 30 (15) 25 (12)
Калориферы стальные 15 10
Конвекторы 30 25
Трубопроводы
Стояки при схемах:
закрытых 30 25
открытых 15 12
Домовые магистрали при схемах:
закрытых 20 12
открытых 15 12
Задвижки 10 8
Вентили 10 8
Трехходовые краны 10 8
Элеваторы 30 30
Изоляция трубопроводов 10 10
Котлы отопительные:
чугунные 25 25
стальные 20 20
Обмуровка котлов 6 6
Короба 15 15
Мусоропроводы
Загрузочные устройства, клапаны 10 8
Мусоросборная камера, вентиляция 30 25
Ствол 60 50
Газооборудование
Внутридомовые трубопроводы 20 20
Газовые плиты 20 15
Водогрейные колонки 10 7
Электрооборудование
Вводно-распределител ьные устройства 20 20
Внутридомовые магистрали (сеть питания квартир) с рас- 20 20
пределительными щитками
Внутриквартирные сети при проводке:
скрытой 40 40
открытой 25 25
67
Окончание табл. 2.9
Элементы жилых зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения Продолжительность эксплуата- ции до капитального ремонта (замены), лет
жилые здания здания и объекты коммунального и социально-культур- ного назначения при нормальных и благоприятных условиях эксплуата- ции
Сеть дежурного освещения мест общего пользования 10 10
Сети освещения помещений производственно-техниче- 10 10
ского назначения Сети питания: лифтовых установок 15 15
системы дымоудаления 15 15
Линия питания тепловых пунктов и бойлерных, встроен- 15 15
ных в здание Бытовые электроплиты 15 10
Электроприборы (штепсельные розетки, выключатели и т. п.) 10 5
Оборудование объединенных диспетчерских систем (ОДС) Внутридомовые сети связи и сигнализации: проводка 15 15
щитки, датчики, замки, КИП и др. 10 10
телемеханические блоки, пульт 5 5
переговорно-замочные устройства 5 5
автоматическая противопожарная защита 4 4
телеантенны 10 10
Наружные инженерные сети Водопроводный ввод из труб: чугунных 40 40
стальных 15 15
Дворовая канализация и канализационные выпуски из труб: чугунных 40 40
керамических или асбестоцементных 30 30
Теплопровод 20 20
Дворовый газопровод 20 20
Прифундаментный дренаж 30 30
Внешнее благоустройство Асфальтобетонное (асфальтовое) покрытие проездов, тро- 10 7
туаров, отмосток Щебеночные площадки и садовые дорожки 5 6
Оборудование детских площадок 5 4
Примечания: 1. Знаком «*» отмечены элементы, не подлежащие замене на протя-
жении всего периода использования зданий по назначению. 2. При тяжелых условиях
эксплуатации в помещениях основного функционального назначения зданий и объектов
коммунального и социально-культурного назначения показатели графы 3 могут сокра-
щаться до 25% при соответствующих технико-экономических обоснованиях.
68
2.3. ОТКАЗЫ ПОСТЕПЕННЫЕ И ВНЕЗАПНЫЕ
Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называ-
ется отказом, т. е. под отказом понимают прекращение выполнения
конструкциями заданных функций, которые устанавливаются с соот-
ветствующими допусками. При назначении нормативной надежности
как несущих, так и ограждающих конструкций под отказом понимают
техническое состояние элемента, предшествующее исчерпанию им не-
сущей способности или полной потере ограждающих функций. В связи
с этим отказы иногда классифицируются следующим образом:
— частичный отказ узла или элемента, усиление которого приводит
к полному восстановлению надежности сооружений;
— отказы наиболее ответственных элементов сооружений (основа-
ния, фундаментов, колонн, ригелей и т. д.), приводящие к полному от-
казу всего сооружения.
Отказы второй группы могут быть внезапными. Усиление этих эле-
ментов порой связано с большими объемами разборки.
Возможна и другая классификация отказов: внезапные и постепенные.
Внезапным отказом называется практически мгновенный выход
элемента из строя, который не может быть предсказан по изменению
величины эксплуатационных параметров во времени. Постепенным
отказом называется длительный выход параметров, характеризующих
работоспособность, за пределы нормативных допусков. При нормаль-
ных условиях эксплуатации строительных конструкций гражданских и
промышленных зданий имеет место их постепенный износ. Поэтому
одной из важнейших задач исследования эксплуатационной надежно-
сти зданий является прогнозирование постепенных отказов. В гл. 1
рассмотрена динамика увеличения износов зданий в зависимости от
времени и области технического обслуживания, технической эксплуа-
тации и предельных состояний.
При исследованиях надежности обычно рассматривается вероят-
ность события, состоящего в том, что в течение некоторого интервала
времени отказ здания не произойдет (называется вероятностью безот-
казной работы). Для обеспечения нормального функционирования
конструктивного элемента и здания в целом необходимы определен-
ные затраты. Вероятность безотказной работы объекта, при которой за-
траты, связанные с его строительством и эксплуатацией, наименьшие,
в дальнейшем будем называть оптимальной надежностью.
Различные конструктивные элементы здания практически невоз-
можно сделать равнодолговечными: элементы здания, работающие в
сложных условиях, более интенсивно отказывают и, следовательно,
чаще нуждаются в ремонте, чем те, которые работают в нормальных
условиях эксплуатации. В табл. 2.10 приводятся некоторые данные о
межремонтных сроках службы конструктивных элементов производст-
венных зданий, функционирующих в различных условиях эксплуата-
ции.
69
Таблица 2.10
Сроки надежной работы конструкций
Наименование конструктивных элементов Срок надежной работы в условиях эксплуатации, лет
нормальных в агрессивной среде
Железобетонные и бетонные фундаменты 60 30
Каменные стены из штучных материалов 25 18
Металлические конструкции каркаса 60 45
Железобетонные перекрытия 25 18
Рулонная кровля 8 5
Конструктивные элементы здания имеют различные межремонтные
сроки службы. При этом у основных несущих конструкций сроки бо-
льше, чем, например, у ограждающих или защитных конструкций. По-
этому эксплуатационная надежность здания зависит как от его капита-
льности, так и от удельного веса конструктивных элементов, имеющих
различные сроки службы.
Количественные значения границы отказов для таких сложных объ-
ектов, какими являются современные здания, далеко неоднозначны.
Их устанавливают исходя из технических, экономических, технологи-
ческих и других требований. Поэтому количественные значения отказа
не могут быть едиными для всех случаев эксплуатации объекта.
Важно .отметить, что в составных конструкциях отказ одного из со-
ставляющих элементов может привести к отказу всей конструкции,
хотя остальные элементы продолжают нормально функционировать.
Например, увлажнение утеплителя трехслойных стеновых панелей
приводит к отсыреванию стен, нарушению температурного режима по-
мещения, тогда как железобетонные элементы продолжают выполнять
функции несущей части конструкции. В связи с этим целесообразно
также отметить, что современные методы расчетов (в частности, метод
предельных состояний) сосредоточивают внимание на границах каче-
ства, хотя для многих характеристик (тепло-, звукоизоляция и др.)
важно не только предельное состояние, но и утрата свойств на этапах
функционирования.
Допустимая вероятность отказа должна определяться в зависимости
от тяжести последствий. Предлагается принимать в расчетах следую-
щие значения вероятности отказов:
10“5—10“7 — при отказе без предварительных сигналов (крупное
разрушение, потеря устойчивости, разрушение оснований);
10-4 — при достижении предельной несущей способности с предва-
рительными сигналами (текучесть растянутой зоны при изгибе, осадке
оснований);
I02—10~3 — при наступлении состояния непригодности к эксплуа-
тации без потери несущей способности.
70
Начальной резервированив
<
гж
3
fynifl
_ 7
/tVOK ЭКСПЛУАТАЦИИ
Z г₽
Минимум допустимого
УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ
Рис. 2.1. Изменение надежности конструкций зданий с течением времени
и условия ее обеспечения
В процессе эксплуатации дефекты накапливаются, изменяясь каче-
ственно и количественно, снижают показатели эксплуатационной на-
дежности под воздействием внутренних свойств и внешних нагрузок.
Графическую модель снижения надежности (рис. 2.1) предлагает
А. Г. Ройтман. Если определить минимально допустимый уровень на-
дежности на период расчетного срока службы Amin, то можно за счет
удорожания изделия достичь высокого уровня начальной надежности
Ао с учетом ее снижения во времени за период Тр до уровня Amin. Это
обстоятельство условно называют начальным резервированием.
Определение начального резервирования в большей степени являет-
ся задачей экономической. Можно предположить систему и без нача-
льного резервирования, но с такой последовательностью ремонтов
(кривая 2 на рис. 2.1), которые бы поддерживали надежность на уровне
не ниже 7Vmin на всех этапах эксплуатации.
В процессе эксплуатации зданий их техническое состояние изменя-
ется, что выражается ухудшением количественных значений характе-
ристик работоспособности и надежности.
2.4. АВАРИЙНЫЕ ОТКАЗЫ
История строительства с древнейших времен связана с авариями.
Люди становятся очевидцами деформаций и разрушения сооружений
71
из-за ошибки проекта, некачественного строительства или неправиль-
ной эксплуатации. Одни аварии сопровождаются гибелью людей, дру-
гие обходятся без жертв, но все они связаны с утратой крупных мате-
риальных и культурных ценностей. Выдающийся архитектор древности
Палладио писал, что: «Невозможно назвать совершенным здание, хотя
и полезное, но недолговечное, равно и такое, которое служит долго, но
неудобно».
Большие масштабы строительства в нашей стране делают проблему
долговечности и надежности строительных конструкций наиболее ак-
туальной. Действительно, нет смысла возводить сооружение, которое
уже через 10—15 лет необходимо реставрировать.
Сохранность многих древних построек дает возможность сделать
вывод о том, что долговечность сооружений зависит главным образом
от их массивности. Однако применение новых строительных материа-
лов привело к появлению сооружений больших пролетов. Первыми ви-
сячими системами в Европе профессор С. П. Тимошенко считает пе-
шеходный цепной мост в Екатерининском парке (г. Пушкин),
построенный в 1823 г. Дальнейшее же строительство и эксплуатация
висячих мостов, таких как Пантелеймоновский и Египетский
(Санкт-Петербург), показали, что и здесь не решено много теоретиче-
ских вопросов.
Изучение принципов конструирования наиболее известных инже-
нерных сооружений прошлых эпох дает возможность обогатить наш
теоретический и практический опыт, позволяет увеличить долговеч-
ность современных сооружений и зданий. В частности, аварии Квебек-
ского и Такомского мостов в Канаде и США позволили проектиров-
щикам учесть особенности работы сложных строительных систем.
Однако нельзя не принимать во внимание следующее обстоятельство.
Вместо массивной каменной кладки, использовавшейся ранее, в насто-
ящее время широкое применение находят более легкие тонкостенные
железобетонные конструкции. Строительные конструкции и техниче-
ское оборудование современных зданий и сооружений представляют
собой сложные системы, состоящие из тысяч элементов с различной
надежностью.
И здесь мы сталкиваемся с одним из противоречий современной
техники. Оно состоит в том, что чем сложнее техническая система, чем
больше она включает в себя элементов, тем она менее надежна.
Существующие в настоящее время методы определения долговечно-
сти конструкций весьма приближенны и не дают возможности устано-
вить закономерность увеличения темпов износов элементов в зависи-
мости от времени. Этим отчасти объясняется разница в нормативных
сроках службы отдельных элементов в различных странах. Так, срок
службы каркаса здания в России, Австрии, Венгрии, Польше и Фран-
ции колеблется в пределах 100-150 лет, а в Англии и Швеции — в пре-
72
делах 60—100 лет. Подобного рода примеры можно привести и из дру-
гих областей строительства.
Требования надежности объектов не являются абсолютно новыми
для строительства. Безопасность эксплуатации зданий и сооружений
была и остается главной целью как зодчих древности, так и современ-
ных архитекторов и инженеров.
Конечно, изучение принципов конструирования наиболее извест-
ных зданий прошлых эпох дает возможность обогатить строительный
опыт, позволяет увеличить долговечность современных зданий. Однако
нельзя не принимать во внимание следующее. Стены большинства со-
временных многоэтажных зданий вместо массивной кладки выполня-
ются из железобетонных или металлических панелей. Толщина их све-
дена к минимуму и составляет всего 30—40 см.
Тонкостенные конструкции более подвержены различным деформа-
циям, что сокращает срок их службы по сравнению с массивными ка-
менными конструкциями.
Технология возведения зданий с использованием мощных строите-
льных машин и зависящая от объемно-планировочных параметров со-
оружения и его конструкций не всегда хорошо отработана. Именно по-
этому имеются случаи аварий строящихся зданий, особенно при
производстве работ в зимнее время. То же можно сказать о техниче-
ском обслуживании и ремонтах зданий, особенно таких уникальных и
сложных в эксплуатации, как аквапарки, развлекательные центры,
аэропорты.
2.5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ РЕМОНТОВ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Совершенствование системы ППР — процесс естественный и по-
стоянный. На данном этапе предпосылками совершенствования явля-
ется опыт более чем 30-летней работы, позволивший оценить как по-
ложительные, так и негативные моменты действующих Положений, а
также выход в свет ГОСТ 18322-73 «Система технического обслужива-
ния и ремонта техники» [5], установившего термины и основные поня-
тия в области технического обслуживания и ремонта. Кроме того, из-
вестное уточнение разработанных ранее Положений продиктовано
требованиями вышедшего позднее СНиП 10-01-94 «Система норма-
тивных документов в строительстве» [1].
В общем виде можно предложить следующую методическую схему
проведения работ по совершенствованию системы ППР:
— анализ накопленного опыта внедрения системы в полном объеме
номенклатуры зданий и сооружений;
73
— анализ изменений в структуре этой номенклатуры и составление
предложений по ее расширению;
— выявление изменений в области планирования и организации
технического обслуживания, текущего и капитального ремонтов;
— уточнение терминов и определений важнейших понятий в облас-
ти эксплуатации и ремонта;
— уточнение классификации зданий и видов ремонта с учетом дей-
ствующих нормативных федеральных и ведомственных документов по
планированию, финансированию, проектированию, подготовке и про-
ведению работ по эксплуатации и ремонту;
— согласование документа со всеми заинтересованными организа-
циями для последующего утверждения Госстроем России.
Из всех перечисленных этапов предстоящей работы более подробно
остановимся на двух, выполнение которых представляет известную
сложность.
Один из этапов заключается в разработке основных терминов и
определений понятий в сфере эксплуатации. При этом применительно
к особенностям эксплуатируемых объектов (жилые здания, промыш-
ленные предприятия, гидротехнические сооружения и т. п.) необходи-
ма известная адаптация терминов, учитывающая специфику эксплуата-
ции зданий и сооружений.
Следует также иметь в виду, что введение новой терминологии все-
гда сложный и болезненный процесс, вызывающий дискуссионное от-
ношение. Не претендуя на окончательность суждений, можно предло-
жить следующее толкование терминов. Срок службы — календарная
продолжительность эксплуатации жилого здания или его элемента от
начала или возобновления после капитального ремонта до наступле-
ния предельного состояния. При этом предельным следует считать та-
кое состояние здания (сооружения) или элемента, при котором его
дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустрани-
мого нарушения требований безопасности или неустранимого ухода
заданных параметров за установленные пределы, или неустранимого
снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой.
Средний срок службы — математическое ожидание срока службы.
Рекомендуется определять величины сроков с использованием матема-
тико-статистических данных о фактических сроках службы.
Фактический срок службы элементов должен быть не менее норма-
тивного, что и обеспечивается правильной технической эксплуатацией
и осуществлением системы планово-предупредительного ремонта.
Межремонтные сроки службы, как правило, являются средними.
Они могут быть повышены за счет улучшения качества материалов,
изделий и работ, а также своевременного и высококачественного тех-
нического обслуживания и текущего ремонта. Нормативные межре-
монтные сроки используются при планировании капитального ре-
монта, а также для оценки эффективности организации технической
74
эксплуатации (с точки зрения обеспечения безотказной работы эле-
ментов жилых зданий в течение нормативного межремонтного срока
службы).
В период между ремонтами осуществляется только техническое об-
служивание жилых зданий в соответствии с правилами и нормами тех-
нической эксплуатации. И это положение представляется чрезвычайно
важным.
Другой этап, являющийся одним из главнейших, заключается в со-
вершенствовании самой системы ППР. Существенные коррективы
вносит продиктованное упомянутыми выше ГОСТами расширение по-
нятия эксплуатации. Это не только процесс использования объекта
(здания, сооружения) по его назначению, но и техническое обслужива-
ние. Термин «техническое обслуживание», вводимый вместо привыч-
ного «техническая эксплуатация», более точно отражает характер вы-
полняемых работ. Под техническим обслуживанием следует понимать
комплекс работ для поддержания исправности здания (сооружения)
или его элементов в процессе эксплуатации. К техническому обслужи-
ванию следует отнести эксплуатационные наблюдения, уборку поме-
щений и придомовой территории, санитарную очистку, мытье окон,
снегоудаление, управление инженерными системами.
Система планово-предупредительного ремонта зданий и сооруже-
ний содержит комплекс взаимосвязанных положений и норм, она
включает планирование, подготовку и осуществление технического об-
служивания и ремонта отдельных видов с заданной последовательно-
стью и периодичностью. Целью осуществления системы ППР является
обеспечение заданных эксплуатационных показателей жилых зданий
на протяжении их нормативного срока службы. При этом понятие
«нормативный срок службы» означает срок службы, предусмотренный
нормами амортизационных отчислений. Эксплуатационные показате-
ли представляют совокупность технических и экономических показате-
лей, обусловленных эксплуатационными требованиям к зданиям и их
элементам. Например, для жилых домов в состав эксплуатационных
требований входят: функциональные требования (объемно-планиро-
вочные решения, уровень благоустройства), долговечность (прочность,
огнестойкость, морозостойкость, влагостойкость, коррозиестойкость,
биостойкость и др.), требования строительной физики (теплофизиче-
ские, акустические, светотехнические свойства), экономичность (рас-
ходы на эксплуатацию, уровень эксплуатационных требований). Как
правило, все они регламентированы нормами строительного проекти-
рования.
Признак степени соответствия эксплуатационных показателей нор-
мативным требованиям к планировке и уровню благоустройства можно
положить в основу классификации жилых зданий. По нашему мнению,
она должна в совокупности учитывать физический и моральный износ
объекта в процессе эксплуатации.
75
Более четко должна быть сформулирована сама система ППР и оце-
нена роль каждой из трех ее частей. При этом необходимо четко обо-
значить функциональные задачи технического обслуживания, текущего
и капитального ремонтов: техническое обслуживание — средство нор-
мальной эксплуатации, текущие ремонты — средство устранения воз-
никающих отказов и отдаления капитального ремонта, а капитальный
ремонт — средство устранения накопившихся отказов и восстановле-
ния нормальных эксплуатационных показателей. Именно такая рас-
становка акцентов позволяет снизить затраты на эксплуатацию и тем
самым обеспечить заданные показатели на всех этапах функциониро-
вания здания и сооружения.
Надежность жилых домов в процессе их эксплуатации по мере ухуд-
шения состояния отдельных элементов, узлов или здания в целом мо-
жет быть обеспечена путем профилактических ремонтов. При профи-
лактике основная задача не восстановление или замена отказавших
элементов, а предупреждение отказов. Система профилактик преду-
сматривает проведение в конкретный момент эксплуатации определен-
ного объема ремонтных работ (включая и замену), чтобы обеспечить
безотказность всех элементов и системы в целом.
Конструкции элементов, составляющих здание, имеют неодинако-
вые сроки службы, поэтому и объемы ремонтных работ на различных
этапах эксплуатации разные. Ниже приведен перечень ремонтных ра-
бот на первом этапе эксплуатации при среднем межремонтном периоде
3—4 года (табл. 2.11).
В этой таблице не учтены два существенных обстоятельства:
сопутствующие работы, т. е. дополнительные объемы, связанные с
заменой некоторых систем или конструкций (например, ремонт шту-
катурки и окраска стен и потолков при замене трубопроводов);
ремонтопригодность конструкций или оборудования, которая также
выражается в дополнительных объемах работ при их ремонте вследст-
вие конструктивных недостатков (например, в некоторых сериях жи-
лых домов конструкция санитарно-технических кабин не позволяет
проводить замену только труб горячего водоснабжения, по конструк-
тивной схеме обязательна одновременная замена и трубопроводов хо-
лодного водоснабжения, нормативный срок службы которых к этому
времени еще не истек).
Как справедливо отмечают Н. Г. Смоленская и А. Г. Ройтман, клас-
сификация профилактик несколько условна [77]. Существенное разли-
чие текущего и капитального ремонтов состоит не только в объемах,
видах и источниках финансирования работ, но и в том, что текущий
ремонт направлен на предупреждение износа и сохранение проектного
режима содержания здания и его элементов, а капитальный ремонт
предусматривает сохранение постоянного уровня надежности здания.
76
Таблица 2.11
Ремонтные работы на первом этапе функционирования жилого здания
Срок эксплуатации, лет; шифр ремонта Объем ремонтных работ
3; ТР-1 Промазка мягкой кровли, восстановление ее защиты, клеевая окраска мест общего пользования
6; ТР-2 То же, и масляная окраска мест общего пользования, окраска фасада
9; ППР-1 Замена рулонной кровли, труб горячего водоснабжения, полов, балконов, водосточных труб, электроприборов, изоляции труб центрального отопления, клеевая окраска мест общего пользо- вания
12; ТР-2 Промазка мягкой кровли, восстановление ее защиты, клеевая и масляная окраска мест общего пользования, окраска фасада
15; ТР-3 Замена водопроводных труб, приборов и изделий из фаянса, га- зооборудования, клеевая окраска мест общего пользования, промазка мягкой кровли, восстановление ее защиты
18-20; ППР-2 Замена рулонной кровли, труб горячего водоснабжения, полов балконов, центрального отопления, водосточных труб, элект- роприборов, изоляции центрального отопления, линолеумных полов, клеевая и масляная окраска мест общего пользования, окраска фасада
23-24; ТР-1 Промазка мягких кровель и восстановление ее зашиты, клеевая окраска мест общего пользования
27-28; ТР-2 Промазка мягких кровель и восстановление ее защиты, клеевая окраска мест общего пользования и ремонт фасада
30-32; ППР-3 Замена рулонной кровли, труб горячего водоснабжения, водо- провода, вентиляции, скрытой электропроводки и приборов, линолеумных полов, водосточных труб, сухой штукатурки, об- лицовки фасадов, фаянсовых приборов водопровода и канали- зации
К сожалению, теоретические разработки системы профилактики и
ремонтов как основы технической эксплуатации жилищного фонда от-
стают от аналогичных систем в радиопромышленности, машинострое-
нии и других отраслях, где доказано, что система профилактик являет-
ся предметом серьезных исследований и оптимизации.
Основная задача в определении межремонтных сроков заключается:
— в нахождении функции интенсивности отказов конструкций во
времени;
— в определении стоимости ремонта и убытка от развития дефекта.
При этом возможны три основных направления профилактики:
— замена элементов и конструкций по наработке на отказ;
— групповая замена элементов и конструкций;
— замена конструкций с минимальным ремонтом при отказах.
Исследования, выполненные в АКХ им. К. Д. Памфилова, показа-
ли, что применительно к строительным конструкциям зданий целесо-
77
образно последнее направление профилактических ремонтов. При
этом удельный размер затрат определяют по формуле
С(0„ =1ипС,Л/{Х,(О} + С2Л/{Л2(О}, (2.1)
где Ci — средняя величина убытка от возникновения отказа в конструкции; С 2 — стои-
мость предупредительного ремонта конструкции; N\(t) — число отказов на отрезке вре-
мени 0—г; — число предупредительных ремонтов на отрезке времени 0—г, М — сред-
нее значение математического ожидания при z —> оо.
Профилактические ремонты системы выполняют в моменты време-
ни Т, 2Т, ЗТ... Задача состоит в том, чтобы выбрать такое Т, которое
минимизировало бы удельные затраты.
Зная функцию интенсивности отказов конструкций г(/), получим
т
C^r(t)dt + C2
С„ = --°...т------. (2.2)
Чтобы минимизировать Суд, приравняем производную по Тк нулю
и получим
|[г(Т)-г(Г)]Л = ^~. (2.3)
О ^2
Это выражение является определяющим для установления межре-
монтных сроков.
Внедрение системы планово-предупредительного ремонта как
основной системы постоянной эксплуатационной надежности жилых
зданий предусматривает также и некоторые организационные элемен-
ты, которые вошли в практику изготовления промышленных изделий.
Главные из них:
— система приемки готового изделия (жилого дома) по всем конт-
ролируемым параметрам, разработанная АКХ им. К. Д. Памфилова;
— система гарантий качества и гарантийных ремонтов.
Назначение жилых домов на ремонт и принятие принципиального
решения по виду и объемам работ должны осуществляться на основе
комплексного анализа всех данных по состоянию жилого дома, его
конструкций и систем, градостроительного положения, сроков эксплу-
атации, условий строительной площадки здания.
Сочетание технически простого и экономически целесообразного
решения становится в настоящее время главным вопросом проектиро-
вания ремонта.
78
Глава 3
АНАЛИЗ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И
БЕЗОТКАЗНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА
Практика эксплуатации и ремонта зданий показывает, что вопросам
эксплуатационной надежности не уделяется пока должного внимания.
Основой современной теории надежности служит статистический под-
ход к изучению таких событий, как отказ и восстановление. Для при-
менения методов математической статистики весьма важным является
возможность многократного осуществления случайного события прак-
тически в одинаковых условиях.
Физический подход к изучению надежности строительных конст-
рукций имеет много преимуществ перед вероятностным. При таком
подходе оценивается надежность данного конкретного элемента и име-
ется возможность с помощью специальных приборов и методов под-
считать, количественно измерить и контролировать надежность строи-
тельных конструкций.
Однако, как отмечено в гл. 1 и 2, более 80% деформаций конструк-
ций зданий и сооружений связано с воздействием ряда факторов, изу-
чение которых в комплексе затруднено.
Недостаточный объем статистических данных, характеризующих
надежность элементов зданий, существенно затрудняет определение
таких параметров, как безотказность и долговечность. Это зачастую
рассматривается, как серьезное препятствие для использования стати-
стических методов при определении надежности конструкций зданий.
Однако современный аппарат теории надежности дает возможность
преодолеть эти трудности.
При анализе отказов строительных конструкций зданий в условиях
эксплуатации необходимо учитывать следующие особенности:
1) ограниченное число объектов наблюдения и длительные сроки их
эксплуатации;
2) поток отказов основных конструкций зданий за время эксплуата-
ции, как правило, является нестационарным;
79
3) по эксплуатационным документам для большей части конструк-
ций можно установить лишь общее число отказов за определенный
период эксплуатации, довольно часто такие данные являются непол-
ными и не собираются со дня сдачи здания в эксплуатацию;
4) почти все несущие конструкции зданий при их отказах либо ре-
монтируются, либо заменяются;
5) при отказах некоторых конструктивных элементов вместе с ними
по техническим причинам при производстве капитальных ремонтов де-
монтируются и исправные элементы.
С учетом этих особенностей в общем виде задача оценки надежно-
сти строительных конструкций зданий с учетом накопления возмож-
ных дефектов в течение времени эксплуатации t может быть сформули-
рована следующим образом. Пусть известны отрезки времени
появления дефектов основных строительных конструкций здания. Не-
обходимо определить вероятность отказа всего здания в целом за это
время.
Рассмотрим решение задачи в общем виде. Необходимо подчерк-
нуть, что из-за недостатка информации и сложности зависимостей на-
дежности отдельных конструкций здания предлагаемая далее вероятно-
стная модель функционирования отличается некоторой сложностью
аналитического решения. Вместе с тем в дальнейшем она позволит пе-
рейти к решению важных практических задач по исследованию надеж-
ности конструкций в процессе их эксплуатации.
Прежде чем приступить к рассмотрению инженерных задач стати-
стических и вероятностных вычислений надежностных характеристик,
дадим классификацию методов статистической обработки информации
об отказах.
К первой группе методов относятся простейшие вычисления сред-
них значений сроков службы конструкций и зданий в целом без учета
ремонтных работ, а также межремонтных сроков службы. В этом слу-
чае в результате анализа и необходимых вычислений могут быть полу-
чены средние значения для рассматриваемого периода наблюдений.
При этом часто не производится оценка достоверности полученных
данных.
Ко второй группе относятся методы расчетов средних величин ка-
кого-либо признака или показателя надежности с учетом оценки точ-
ности и достоверности полученных данных.
Наконец, к третьей группе относятся методы нахождения распреде-
ления вероятностей случайных величин, что необходимо для определе-
ния средней наработки до отказа. Здесь приходится применять законы
распределения вероятностей для оценки достоверности полученных
данных.
Совокупность величин, характеризующих тот или иной показатель
надежности, имеет некоторое рассеивание относительно своего мате-
матического ожидания хср. При оценке каких-либо случайных величин
80
Xi, X2, xn можно с определенной степенью точности аппроксимиро-
вать математическое ожидание рассматриваемой выборки средней ве-
личиной
х = 1/л£х,., (31)
где х — выборочная средняя; п — общее количество данных.
Для упрощения расчетов при большом п можно воспользоваться
следующим приемом: найдем хтах и xmin в выборке и разделим интер-
вал xm —xmin на т равных частей:
I I IclzV 111111
h = (xmax - xmin )/w. (3.2)
Подсчитав число значений xz, попавших в каждый из этих интерва-
лов, обозначим среднее значение в каждом интервале через
х15 х2, к , хт, тогда
=^min+h/2; х2 =xnlin+ЗЛ/2;
xw=xmin+(2™-l)A/2. (3.3)
Приближенное значение х можно получить из формулы
_ я,х, + п2х2 +к +птхт
+ п2 +к + пт (3.4)
Очевидно, что уравнение (3.4) тем точнее, чем больше п, и, имея в
виду соотношения (3.2) и (3.4), можно записать
щх, + п2х2 +к + птхт
(3.5)
Выборочная дисперсия определяется из формулы
£(x-xz)2n,
С2 _ /=1__________
/=|
(3.6)
В конце 1938 г. и в 1939 г. на северо-западе РСФСР были возведены
103 однотипные пассажирские платформы. Практика эксплуатации
этих сооружений показала, что менее чем через два года 2 платформы
6 Заказ № 788
81
были отремонтированы, затем в разные сроки ремонтировались оста-
льные сооружения. Причем 2 платформы подверглись ремонту только
в 1974 г. Статистические данные по срокам эксплуатации до первого
ремонта пассажирских платформ приведены в табл. 3.1. Необходимо
определить средний межремонтный срок службы рассматриваемых со-
оружений.
С помощью (3.5) и (3.6) проведена обработка данных статистики.
Для подсчетов по этим формулам в табл. 3.1 введены четыре последних
столбца, которые облегчают статистическую обработку информации.
Значение х — х, в 5-м столбце таблицы равно 0 при х;. = 1958. Это зна-
чит, что средний межремонтный срок службы этого типа платформ со-
ставил Т = 19 лет.
Таблица 3.1
Определение среднего межремонтного срока
Xg Л» Л; л х(п Х~Х, (х-х,.)2 я,
1941 2 0,0194 3882 -17 578
1944 2 0.0194 3888 -14 392
1947 9 0,0874 17523 -11 1089
1950 15 0,1456 29250 -8 960
1953 9 0,0874 17577 -5 225
1956 9 0,0874 17604 -2 36
1959 14 0,1359 27426 1 14
1962 12 0,1165 23544 4 192
1965 15 0,1456 29475 7 735
1968 3 0,0291 5904 10 300
1971 10 0,0971 19710 13 1690
1974 3 0,0291 5922 16 768
Итого: 103 0,9999 201705 — 6979
Практика показывает, что любые экспериментальные исследования
эксплуатационной надежности однотипных конструктивных элементов
могут претендовать на ту или иную степень точности. И в отношении
каждого конкретного строительного элемента нет возможности точно
предсказать длительность его службы. В то же время относительно бо-
льшого количества этих элементов можно делать достаточно опреде-
ленные предсказания о их долговечности, оценивать их надежность
числом и определять необходимые меры для правильной эксплуатации.
При этом количественные характеристики надежности будут иметь
статистическое и вероятностное толкование. Первое необходимо при
определении характеристик надежности на основе обработки статиста -
82
ческих данных по эксплуатации конструкций, второе — при теоретиче-
ском анализе надежности.
Вероятность отказа конструкций при постепенном их износе явля-
ется монотонно-возрастаюшей функцией времени. Поэтому можно
рассматривать количественную оценку износа элемента как статисти-
ческую характеристику его исправности. В этом случае на основании
методов анализа и контроля надежности, изложенных в монографии
Я. Б. Шора [83], можно установить закономерности увеличения темпов
износа конструкций во времени и предложить метод оценки надежно-
сти зданий.
Рассмотрим пример исследования надежности группы объектов.
Пусть ведутся наблюдения за работой Л/зданий. При этом фиксирует-
ся количество зданий, основные конструкции которых приходят в не-
годность к тому или иному моменту времени. Причем причиной выхо-
да из строя конструкций может быть только постепенный износ в
процессе нормальной эксплуатации объекта во времени.
Предположим, что любое из наблюдаемых зданий может находиться
в любом из двух состояний: cj — здание исправно и — неисправно.
Допустим, что переход из состояния с\ в С2 может произойти за сколь-
ко угодно малое время.
Пусть в момент времени Тздание находилось в состоянии С| и веро-
ятность повреждения, т. е. перехода в состояние в момент времени
Т + ДГ, зависит от Т.
Обозначим вероятность повреждения здания за время Т через у и
положим
у =ДГ)ДГ + 0(ДГ), (3-7)
где 0(д7) — бесконечно малая высшего порядка малости чем Д7: \Т — некоторая функ-
ция от Т
Тогда процесс перехода здания из состояния С] в в промежутке
времени от Тдо Т + ДГ можно охарактеризовать следующими вероят-
ностями:
1) вероятность того, что событие не наступит, есть 1~Х(7) ДГ;
2) вероятность того, что событие наступит, — один раз Л(7) ДГ;
3) вероятность появления события С2 более одного раза 0(Д7).
При малых ДГ можно приближенно записать у = А,(7) ДГ
Обозначим через Д Г) вероятность того, что за время Т не было по-
вреждения, а через Р(Т+ &Т), что соответственно не было повреждения
за время Т + ДГ.
Исходя из (3.7), вероятность того, что за период от Т до Т + ДТ не
было повреждения зданий, выразится уравнением
1-у = 1-Х(Г)ДГ-0(Д7>
83
Тогда, согласно теореме умножения вероятностей, искомую вероят-
ность Р(Т + АТ) можем вычислить как
Р(Т + А Т) = Р(Т )[1 - Х(Т)А Т - 0( А Г)].
Уравнение (3.8) может быть преобразовано к виду
Р(Т + ДТ)-Р(Т) = ЦТ)р(Т) _ 0(ЬТ)Р(Т)
АТ АТ
(3.8)
(3-9)
При переходе к пределу при А7 —> О, учитывая, что Т\Т + АТ) — Р(Т)
,. 0(ДТ) Л л -г л
есть приращение вероятности за время А/, а пш-- - = 0 при АТ -> О,
из равенства (3.9) получим
dP(T)/dT = -Х(Г)Р(Т).
(З.Ю)
Если задаться начальным условием: здания в момент времени Т — 0
исправны, то имеем Р(0) = 1 и, следовательно,
т
~4цТ)с1Т
Р(Т) е 11
(З.П)
Подчеркнем, что равенство (3.11) выведено нами для схемы посте-
пенно накапливающихся повреждений основных конструкций зданий.
Оно справедливо, когда изменение вероятности у повреждения эле-
ментов в зависимости от времени может иметь место в процессе нор-
мальной эксплуатации здания.
Будем классифицировать причины отказов отдельных строительных
конструкций на стационарные, т. е. не зависящие от времени, при ко-
торых вероятность повреждения у постоянна, и нестационарные, свя-
занные с постепенным износом здания или отдельных его элементов,
когда у переменна и является функцией времени Т.
Вопросы надежности строительных конструкций при стационарных
причинах отказов достаточно широко освещены в специальной литера-
туре [40, 41, 46, 85]. Вместе с тем, как отмечено ранее, определению
надежности конструктивных элементов зданий при нестационарных
причинах отказов уделялось недостаточное внимание.
Необходимо подчеркнуть, что определение долговечности при не-
стационарных причинах отказов и нормальных условиях эксплуатации
представляется особенно важным, так как именно в таких условиях ра-
ботает большая часть элементов здания.
Уравнение (3.11), выведенное для схемы накапливающихся со вре-
менем повреждений, можно привести к виду
84
Р(Т) = е~кТ, (3.12)
если рассматривать стационарные процессы с дискретным време-
нем.
Выясним прежде всего статистический смысл X как функции от вре-
мени. Уравнение (3.10) можно записать как
Р' (T)dT/P(T) = ~MT)dT, (3.13)
где Р(Т) = df\T)/dT=ЛТ)',/(Т) — плотность распределения длительности службы конст-
рукции.
Тогда
ДТ)/Р(Т)=ЦТ). (3.14)
Характеристика >.( Т) есть интенсивность отказов элементов. Произ-
ведение Х(7)б/Т показывает отношение среднего числа зданий, основ-
ные конструкции которых вышли из строя за время от Т до Т + ДТ”, к
среднему числу зданий, нормально работающих Т лет. Из уравнений
(3.11) и (3.14) следует, что, зная какую-либо одну из функций распре-
деления Х(7), Р(Т) или f(7), можно получить две другие функции рас-
пределения.
Если Х(7) = const = X, то из уравнения (3.11) будет получено экспо-
ненциальное распределение длительности службы элементов зданий,
действительное для стационарных причин отказов. Экспоненциальное
распределение задается уравнением (3.12), где X, имея размерность
\/Т, — положительный параметр, который полностью определяет это
распределение.
Среднее время безотказной работы конструкций в этом случае
определяется равенством
7’0=1Д. (3.15)
Из соотношений (3.12) и (3.15) следует, что интенсивность отказов
обратно пропорциональна долговечности строительного элемента.
Выше указывалось, что, располагая какой-либо одной из характери-
стик надежности, можно определить длительность безотказной работы
конструкции. Например, на основании опытных данных, если только
число М велико, можно построить график функции Х(7). Располагая
^-характеристикой, на основании равенства (3.11) можно перейти к
85
построению функции распределения Р(Т) иДТ), используя, например,
численное интегрирование.
Если рассматривать комплекс однотипных строительных элементов,
находящихся в нормальных условиях эксплуатации, то характеристи-
кой надежности каждого конкретного элемента будет длительность
службы 7]. Причем для любого элемента длительность службы 7] — ве-
личина случайная, ее исчерпывающей характеристикой является плот-
ность распределения длительности службы Д 7), определяемая из (3.14).
Задача испытания элемента на надежность задается в следующем
виде: если имеется большая группа элементов М с постоянной для всех
надежностью, то требуется по выборке из этой группы сравнительно
небольшого объема (m « М) сделать заключение о величине надежно-
сти всей группы элементов.
Решение поставленной задачи зависит от начальных условий. На-
пример, для экспоненциального распределения решение определяется
единственным параметром X. В этом случае среднее время безотказной
работы элемента устанавливается из уравнения (3.15).
Если же плотность распределения вероятности
= (316)
где — генеральная средняя; ст2 — генеральная дисперсия; С — некоторая постоянная,
то в этом случае имеет место усеченное нормальное распределение
длительности службы элементов.
Параметр С в формуле (3.16) определяется из равенства
(3.17)
где функция Fo(7o/ct) определяется из таблиц 183].
Решение задачи в случае нормального распределения приводит к
оценке параметра 7q в выборочной средней
Г„ = 1/т^Т,.
/=1
(3.18)
В формуле (3.18) 7} обозначает время безотказной работы z-ro из m
исследуемых элементов.
Для сравнения эмпирического распределения с теоретическим мож-
но воспользоваться различными критериями согласия, которые
86
Рис. 3.1. Графический способ
определения нормальности распределения
подробно разбираются в курсах те-
ории вероятностей и математиче-
ской статистики.
Воспользуемся графическим
способом определения нормально-
сти распределения [83]. Для этого
распределения будем иметь
7}=Т0-ир, (3.19)
где Wj — квантиль распределения Гаусса.
Из уравнения (3.19) видно, что
зависимость щ от 7] линейная, поэ-
тому
tgp = l/o, (3.20)
а при Т, = То квантиль и, = 0
(рис. 3.1).
Как видно из рисунка, графиче-
ская проверка нормальности распределения дает возможность опреде-
лять средний срок службы элементов. Проведение прямой в максима-
льно возможной близости от эмпирических точек можно осуществить,
используя, например, метод наименьших квадратов.
Вероятность безотказной работы строительного элемента может
быть выражена для нормального распределения уравнением
Р(Т) =
F0[(T0 - D/g]
W)
(3.21)
Таким образом, если вести наблюдениям за М зданий или М одно-
типных конструктивных элементов, фиксируя степень износа каждого,
то можно отметить, что в /-й промежуток времени средний износ М
элементов составил величину /(?}).
Обозначим середину первого промежутка времени 0,5ДГ, второго —
1,5ДТ, третьего — 2,5ДТ и т. д. Тогда будем иметь
7] = 0,5дТ;
Т2 = 1,5ДТ;
Т3=2,5дГ; (3.22)
87
т;. =(/-о,5)дг
Экспериментальные данные в таком виде можно свести в таблицы и
на их основании затем построить функции распределения.
Плотность вероятности распределения вычисляется в этом случае из
равенства
(3.23)
а характеристика исправности конструкций — из уравнения
А=1 к=\ (3.24)
Аналогичным образом определяется и интенсивность отказов эле-
ментов:
)\Ti) = mlMi АТ, (3 25>
где
М, =м-^т*. (3.26)
А=|
Таким образом, предложенный метод определения надежностных
характеристик существующих конструкций зданий состоит в следую-
щем. Статистические зависимости между износами и временем функ-
ционирования обследованных производственных зданий выявляются с
помощью формул (3.22) и (3.24). Затем по характеристикам исправно-
сти конструкций определяются значения квантилей нормального рас-
пределения. С помощью графического способа производится проверка
нормальности функции распределения. Далее устанавливаются основ-
ные параметры распределения 70 ио, а затем средний срок службы об-
следованных конструкций. Наконец, с помощью формул (3.16), (3.21)
и (3.14) определяются основные характеристики надежности обследо-
ванных конструкций: вероятное время безотказной работы Р(Т), плот-
ность распределения вероятностей/(7) и интенсивность отказов конст-
рукций Х(7).
Все основные формулы, необходимые для вычисления надежност-
ных характеристик обследованных конструкций, и последовательность
определения надежности и долговечности показаны в табл. 3.2.
88
Таблица 3.2
Основные формулы для вычисления надежностных характеристик
Наименование или характеристика № формулы Формула
Определение статистических характеристик по дан- ным обследования 3.22 3.24 К Ьч < < < un on on o' — гч II II II r —. гч
/ т; =(/-о,5)дг. Р(7].) = 1/Л/£мк
Определение по таблицам значений квантилей ч
Проверка нормальности распределения и определе- ние основных его параметров 3.19 Тп — и, с -
Определение среднего срока службы обследованных конструкций 3.20 Tcp^Tf(T)dT 0
Определение надежностных характеристик обследо- ванных конструкций:
а) вероятности безотказной работы в течение време- ни Т 3.21 (т - т\ с » °| 1 с 7 <1 < о )
б) плотности распределения вероятности длительно- сти службы 3.16 2<?
в) интенсивности отказов 3.14 р(7)
3.2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Организация сбора информации о надежности конструктивных эле-
ментов и здания в целом представляет собой довольно сложную задачу,
если учесть, что сроки эксплуатации зданий составляют десятки и даже
сотни лет. Особенно труден сбор такой информации по промышлен-
ным зданиям, так как на производственных предприятиях часто даже
нет квалифицированных специалистов-строителей, которые могли бы
дать объективный анализ данных по отказам и преждевременным из-
носам конструкций. Именно поэтому давно назрела необходимость со-
здания института, специализированного на проблемах эксплуатации
промышленных зданий. При этом может быть использован многолет-
ний опыт организации и проведения научных исследований в области
ремонта и эксплуатации жилищного фонда.
Анализ выполненных работ по сбору информации о надежности эк-
сплуатируемых жилых зданий показал [58, 63, 77], что задачи, связан-
89
ные с эксплуатационной надежностью, невозможно решать с помощью
лишь одной системы сбора информации. Для оперативного выявления
и устранения причин конструктивных недостатков элементов зданий
важна своевременность и достоверность данных о каждом отказе стро-
ительных конструкций.
Вместе с тем разовые данные об отказах непригодны для решения
основной задачи — оценки уровня эксплуатационной надежности зда-
ний и сооружений. Это вызвано тем, что при такой системе накаплива-
ются данные только по объектам, имеющим отказы. Кроме того, ра-
зовые данные не позволяют определить объективно время межремонт-
ного периода. Таким образом, система сбора информации, основанная
на сведениях об отдельных отказах, не позволяет получить исходные
данные для расчета показателей эксплуатационной надежности.
Необходимы сведения не только об отдельных отказах конструкций,
но и об износах их в зависимости от времени эксплуатации. Сбор та-
кой информации следует выполнять на ограниченном числе объек-
тов-представителей. При этом необходимо использовать два основных
источника информации — эксплуатационную и ремонтную документа-
цию.
Рассмотрим несколько практических примеров сбора и обработки
статистических данных.
Для оценки влияния времени эксплуатации на основные конструк-
ции производственных зданий было проведено обследование свыше
500 зданий локомотивных депо и других производственных объектов
железнодорожного транспорта. Внутренняя производственная среда
обследуемых цехов относилась к категории «нормальная». Здания экс-
плуатировались в условиях северо-запада страны. Были определены из-
носы в зависимости от времени эксплуатации таких конструктивных
элементов зданий, как железобетонные колонны каркаса, кирпичные
стены толщиной 51 см, железобетонные плиты покрытия, железобе-
тонные и металлические фермы, стеновые панели и др. На момент об-
работки статистики обследуемые здания эксплуатировались различное
время: свыше половины их — до 10 лет, 16 зданий — не менее 60 лет.
Определение величин физического износа обследованных конст-
рукций и зданий в целом проводилось по фактическому их состоянию,
согласно инструкции [8].
Данные, полученные после обследования строительных конструк-
ций производственных зданий, были обработаны в соответствии с ме-
тодикой, указанной в п. 3.1 настоящей главы. Результаты распределе-
ния износов этих конструкций в зависимости от времени эксплуатации
показаны в табл. 3.3. В шестом столбце указанной таблицы определены
значения квантилей uh соответствующие определенному сроку функ-
ционирования конструкции.
По данным таблицы построен график, на горизонтальной оси кото-
рого откладываются значения 7], а на вертикальной — значения Как
90
видно на рис. 3.2, зависимость и, от
Tj близка к линейной. Это говорит
о том, что рассматриваемые эмпи-
рические распределения длитель-
ности службы конструкций близки
к асимптотически нормальному
распределению.
Для определения времени безот-
казной работы То обследованных
конструкций производственных
зданий, например стен из штучных
каменных материалов, используем
метод квантилей [69]. Исходя из
нормального вида распределения,
для дальнейших вычислений вос-
пользуемся уравнением (3.19).
Зная эмпирические значения
износов и соответствующие им
значения квантилей (см. табл. 3.3),
определим среднее квадратическое
отклонение и среднее время безот-
Рис. 3.2. Проверка нормальности
распределения времени безотказной
работы конструкций
• — фундаменты; + — кирпичные стены
казной работы конструкций, испо-
льзуя метод наименьших квадратов [81]. Прежде всего по данным
табл. 3.3 составим одиннадцать уравнений вида (3.19):
1) То-1,23 о = 114;
2) То-0,71 о = 110;
3) То~ 1,23 о =65;
4) То-1,19 о =60;
5) Г(,-0,99 су = 55;
6) 70-1,08 о =37;
7) То-1,38 о = 30;
8) То~ 1,48 о =27;
9) То-1,65 о = 13;
10) То-1,75 о = 10;
11) То-1,91 о = 5. (3.27)
Сложив их, получим:
11 То" 14,60 о = 526. (3.28)
91
Таблица 3.3
Определение значений квантилей
Количество об- следованных конструкций mi Среднее время эксплуатации Л 7, лет Износ, % Статистический износ /(№ Характеристика исправности Квантиль Uj
8 5 2,7 0,027 0,973 1,91
10 10 4,1 0,041 0,959 1,75
1 13 5,0 0.050 0,950 1,65
1 27 7,0 0,070 0,930 1,48
5 30 8,4 0,084 0,916 1,38
1 37 14,0 0,140 0,860 1,08
13 55 16,0 0.160 0,840 0,99
6 60 11,6 0,116 0,884 1.19
5 65 11,0 0,110 0,890 1,23
2 НО 23,7 0,237 0,763 0,71
1 114 11,0 0,110 0,890 1,23
Е 53
Умножив каждое из одиннадцати уравнений на коэффициенты при
ст и сложив одиннадцать вновь полученных равенств, будем иметь
14,6ОТо - 20,16ст = 594,20. (3.29)
Решая совместно (3.28) и (3.29), получим
То = 200 ст = НО.
Значение То, полученное методом наименьших квадратов, хорошо
совпадает с этой же величиной, вычисленной графически (см.
рис. 3.2).
Средний срок службы обследованных конструкций вычисляется по
формуле
ЛР =Т0+ДТ0/о), (3.30)
где функция fiTtl/c) определяется из таблиц [83].
Для стен из каменных штучных материалов средний срок службы
Гср = 200 + 110 - 0,078 = 210 лет.
Теперь определим достоверность полученных выводов по долговеч-
ности обследованных конструкций с ошибкой, не превышающей нор-
92
мативные сроки проведения планово-предупредительных ремонтов
конструкций [15]:
Za = 7WE7<A (3.31)
здесь а — надежность; е — допустимая ошибка; л» — количество наблюдений.
Для разбираемого случая имеем: о = 100, т = 53, е = 30, откуда Za =
= 2,0. Из таблиц [83] по Za находим значение надежности а = 0,95; это
говорит о том, что параметры То и о определены с весьма высокой точ-
ностью, достаточной для инженерных расчетов.
Таким образом, обработка статистических данных по эксплуатации
производственных зданий позволила установить, что износ основных
конструкций при нормальных условиях эксплуатации распределяется
по усеченному нормальному закону (закону Гаусса). В табл. 3.4 показа-
ны окончательные результаты после обработки статистических данных
по эксплуатации основных несущих конструкций обследованных про-
изводственных зданий.
Таблица 3.4
Средние сроки службы конструкций
Наименование конструкций т. О Точность рас- чета а
Бетонные и железобетонные фундаменты 200 140 0,86
Кирпичные стены 200 НО 0,95
Железобетонные конструкции каркаса 150 90 0,88
Железобетонные конструкции покрытия 140 12 0,99
Практика эксплуатации жилых зданий свидетельствует, что распре-
деление времени безотказной работы основных конструкций этих зда-
ний также соответствует асимптотически нормальному закону [54].
Рассмотрим следующий пример. Обследование 126 жилых домов в Пе-
тербурге позволило установить износы основных строительных конст-
рукций в зависимости от времени. Расчеты по приведенному выше ме-
тоду показали значения То= 280 и ст = ПО. Вывод: срок службы
кирпичных стен в случае эксплуатации их до полного стопроцентного
износа составляет 280 лет.
На рис. 3.3 для обследованных конструкций жилых зданий пред-
ставлен график зависимости величины их износа от срока службы.
Учитывая, что основные конструкции зданий и сооружений эксплу-
атируются в основном до износов 40-60% (состояние конструкций
«неудовлетворительное») и либо подвергаются ремонту, либо разбира-
93
Износ, %
Рнс. 3.3. График зависимости износа конструкции от срока их службы
1 — состояние конструкции удовлетворительное; 2 — то же, неудовлетворительное;
3 — то же, ветхое; 4 — то же, аварийное
ются, средний срок службы, как видно из графика на рис. 3.3, состав-
ляет 120—160 лет.
Определение средних сроков службы основных конструкций обсле-
дованных зданий имеет большое практическое значение, так как по-
зволяет получать достаточно правильное представление о действитель-
ной надежности элементов зданий в процессе эксплуатации.
Вместе с тем средний срок службы не в полной мере характеризует
надежность конструкций здания и не выявляет зависимость между
правильностью эксплуатации и долговечностью того или иного эле-
мента. Применение качественных материалов и конструкций, точно
рассчитанная система проведения планово-предупредительных ремон-
тов и т. д. позволяют продлить сроки службы элементов здания. Поэто-
му при всем экономическом значении правильности установления
средних сроков службы конструкций еще более важным является опре-
деление закономерностей увеличения их износов в процессе нормаль-
ной эксплуатации здания. Известно [51, 54], что чем ближе фактиче-
ские сроки службы элементов здания совпадают с нормативными
сроками, тем выше надежность работы этих элементов в нормальных
условиях эксплуатации и ниже уровень затрат на эксплуатацию здания.
Правильное определение надежностных характеристик конструкций
позволит своевременными мерами обеспечить ремонт или замену из-
носившихся конструкций, уменьшить интенсивность их износа.
Наиболее универсальной характеристикой надежности конструкции
является плотность распределения длительности службы, так как она
позволяет наиболее просто вычислить другие характеристики надежно-
94
Рис. 3.4. Храктеристика
надежности /7)
Рис. 3.6. Характеристика
надежности ЦТ)
Рис. 3.5. Характеристика
надежности Т\Т)
ста: вероятное время безот-
казной работы, интенсив-
ность отказов, межремонтный
срок службы и т. д.
Так как было установлено,
что рассматриваемое эмпири-
ческое распределение длите-
льности службы близко к
асимптотически нормально-
му, то плотность распределе-
ния длительности службы на-
ходится из равенства (3.16).
Зная То и ст и вычислив значе-
ние С по формуле (3.17),
можно определить функцию
/(7), а затем по формуле (3.21)
получить значения для веро-
ятностей времени безотказ-
ной работы f\T) и далее из
равенства (3.14) — значения
для интенсивности отказов
конструкции Х(Т). Отметим,
95
что при То > 2а коэффициент С очень мало отличается от единицы. По-
этому равенство (3.21) примет вид
Р(Т) = F0[(T0 — Т)/а]. (3.32)
Вычисления надежности обследованных конструкций железнодо-
рожных производственных зданий сведены в табл. 3.5—3.8. На основа-
нии данных этих таблиц построены графики (рис. 3.4—3.6) для опреде-
ления значений надежностных характеристик /(7), Р( Т), и Х(7).
Полученные количественные характеристики надежности позволя-
ют выявить ряд практически важных особенностей и закономерностей
для оценки процесса увеличения темпов износа конструкций зданий в
зависимости от времени.
Во-первых, важное значение имеет определение межремонтного
срока службы конструкции, который дает возможность установить пе-
риодичность ремонтов. С помощью уравнения (3.19) вычисляется меж-
ремонтный срок службы конструкций для различной надежности. На-
пример, для каменных стен из штучных материалов при а = 0,95 имеем
С = 1,03; а/С = 0,92; и = 1,41, Тм = 45 лет.
Во-вторых, исходя из функции вероятности безотказной работы
Л 7), легко определяется как процент износа, так и остаточный срок
службы конструкции.
Таблица 3.5
Фундаменты
т/т. (Т-Т.)/° Ы(Т- ВД/о) ЛИТ- -Til/a] С f(T) 102 ЛП MDIO2
0,0 -1,43 0,92 0,92 0,15 1,09 0,12 1,00 0,12
0,2 -1,14 0,87 0,92 0,21 1,09 0,16 0,95 0,17
0,4 -0,86 0,81 0,92 0,28 1,09 0,22 0,87 0,25
0,6 -0,57 0,72 0,92 0,34 1,09 0,27 0,79 0,34
0,8 -0,29 0,61 0,92 0,38 1,09 0,30 0,66 0,46
1,0 0,00 0,50 0,92 0,40 1,09 0,31 0,54 0,57
1,2 0,29 0,39 0,92 0,38 1,09 0,30 0,42 0,71
1,4 0,57 0,28 0,92 0,34 1,09 0,27 0,31 0,87
1,6 0,86 0,19 0,92 0,28 1,09 0,22 0,21 1,05
1,8 1,14 0,13 0,92 0,21 1,09 0,16 0,14 1,14
2,0 1,43 0,08 0,92 0,15 1,09 0,12 0,09 1,32
96
Таблица 3.6
Кирпичные стены
Т/Т, (Т-Т^/а гмт- -л)/п] ЛО’.Л’) С fMT- - Л>/<Т| f(T) ID2 P(T) ЧЛ№
0,0 -1,82 0,97 0,97 1,03 0,08 0,07 1,00 0,07
0,2 -1,45 0,93 0,97 1,03 0,14 0,13 0,95 0,14
0,4 -1,09 0,86 0,97 1,03 0,22 0,21 0,88 0,24
0,6 -0,73 0,77 0,97 1,03 0,31 0,29 0,79 0,37
0,8 -0,36 0,64 0,97 1,03 0,37 0,35 0,66 0,53
1,0 0,00 0,50 0,97 1,03 0,40 0,38 0,51 0,74
1,2 0,36 0,36 0,97 1,03 0,37 0,35 0,37 0,95
1,4 0.73 0,23 0,97 1,03 0.31 0,29 0,24 1,20
1,6 1,09 0,14 0,97 1,03 0,22 0,21 0,14 1,50
1,8 1,45 0,07 0,97 1,03 0,14 0,13 0,07 1,85
2,0 1,82 0,03 0,97 1,03 0,08 0,07 0,03 2,33
Таблица 3.7
Железобетонные плиты покрытия
Т'/Л (Т-Л)/” Л[(Г-Л)/о1 /0(7-7,)/о /(7)10 7(7) 7(7)10
0,6 -4,66 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00
0,7 -3,50 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00
0,8 -2,33 0,99 0,03 0,03 0,99 0,03
0,9 -1,17 0,88 0,20 0,17 0,88 0,19
1,0 0,00 0,50 0,40 0,34 0,50 0,68
1,1 1.17 0,12 0,20 0,17 0,12 1,43
1,2 2,33 0,00 0,03 0,03 0,01 3,00
1,3 3,50 0,00 0,00 0,00 0,00
Таблица 3.8
Бетонный пол
Т'/Л (7~Л)/а ЛКТ- С ТЛ<т- ~Л)/°] /(7)10 7(7) 7(7)10
0,0 -2,0 0,98 0,98 1,02 0,05 0,05 1,00 0,05
0,2 -1,6 0,95 0,98 1,02 0,11 0,11 0,94 0,12
0,4 -1,2 0,88 0,98 1,02 0,19 0,19 0,90 0,21
0,6 -0,8 0,79 0,98 1,02 0,29 0,30 0,81 0,37
0,8 -0,4 0,66 0,98 1,02 0,37 0,38 0,67 0,57
1,0 0,0 0,50 0,98 1,02 0,40 0,41 0,51 0,81
1,2 0,4 0,34 0,98 1,02 0,37 0,38 0,35 1,09
1,4 0,8 0,21 0,98 1,02 0,29 0,30 0,22 1,36
1,6 1,2 0,12 0,98 1,02 0,19 0,19 0,12 1,58
1,8 1,6 0.05 0,98 1,02 0,15 0.11 0.05 2,20
2,0 2,0 0,02 0,98 1,02 0,05 0,05 0,02 2,50
7 Заказ № 788
97
Таким образом, проведенные расчеты дали возможность установить
не только средние сроки службы обследованных конструкций произ-
водственных зданий, но и экономически важные критерии надежно-
сти, необходимые для сравнения эффективности замены или реконст-
рукции производственного здания, а также для оценки правильности
эксплуатации.
Полученные количественные характеристики надежности конструк-
ций позволяют выявить ряд практически важных особенностей и зако-
номерностей для оценки процесса увеличения темпов износа элемен-
тов зданий в зависимости от времени эксплуатации.
Исходя из функции вероятности безотказной работы Р(Т), легко
определить как процент износа, так и остаточный срок службы конст-
рукций. Если фактическое состояние конструкций в процессе обследо-
вания отличается от состояния, определенного с помощью функции
Л 7), можно ставить вопрос о преждевременном износе обследованных
конструкций. В этом случае техническая экспертиза должна установить
основные причины их преждевременных деформаций и износа.
Примерами практического решения задач проверки технического
состояния и разработки рекомендаций по капитальному ремонту или
реконструкции производственных зданий служат выполненные под ру-
ководством В. А. Рогонского работы по определению надежности
основных цехов ЛЭО Электросила, ЛО Кировский завод, локомотив-
ных депо на станциях Ленинград-пассажирский-Московский, Ленинг-
рад-Витебский и др. [61, 70].
Как видно из графиков на рис. 3.4—3.6, величинами, полностью ха-
рактеризующими нормальное распределение, являются среднее время
безотказной работы То и дисперсия ст2. Если рассматривать надежность
конструкций здания, эксплуатируемых в нормальных условиях, то
можно наметить некоторый параметр ы(7}), величина которого будет
зависеть от времени Т. Зададимся следующим ограничением:
w(7])<wH, (3.33)
где ии — некоторая постоянная величина, соответствующая определенным строительным
нормам.
Допустим, что при д(7}) >ын конструкция выходит из строя или, что
равноценно, ее состояние оценивается как неудовлетворительное либо
аварийное. Далее можно установить вероятность безотказной работы
здания Р(Т) с помощью уравнения (3.21). Из равенства (3.30) имеем
Т, = Т0—си(Т,), (3.34)
где То и сг — постоянные величины.
Следовательно, при w(7}) = const = wH параметр 7] строго определен:
98
Tt = TH,
(3.35)
где 7^ — нормативный срок службы.
Из равенства (3.35) заключаем, что при нормальном распределении
ограничение 7}< Тн вполне определяет интервал времени (0< 7}< Гн)
надежной работы конструкций здания. Из формулы (3.34) находим,
что в рассматриваемом случае распределение длительности службы
конструкций — усеченное нормальное с межремонтным сроком служ-
бы 7М:
= Т„ -иии.
(3.36)
В качестве примера расчета с помощью формулы (3.36) рассмотрим
определение долговечности конструкций кирпичных стен. Из норм [15]
находим Тм для кирпичных конструкций стен. Имеем Тм = 20 лет. С по-
мощью уравнения (3.34) вычисляем долговечность этих конструкций.
Основные данные для расчета следующие: Тм = 20, а = 0,95, ст = 0,55 Тф
по таблицам [83] определим иа = 1,645. Тогда по формуле (3.36) будем
иметь 7Ь = 200 лет.
Таким образом, средняя долговечность, полученная по формуле
(3.34), соответствует установленному нами статистически среднему
сроку службы каменных конструкций.
Для оценки точности определения среднего срока службы можно
найти доверительные границы по уравнениям [26]
Т =Т -el
л ниж л ср °
^рх=Гср+£р (3.37)
е = т„(57л/^),
(3.38)
где S2 — выборочная дисперсия; m — число обследованных конструкций; величина с ха-
рактеризует точность определения Тн.
Коэффициент то берется из таблиц распределения Стьюдента в за-
висимости от заданной доверительной вероятности и числа обследо-
ванных конструкций. СПб НИИ АКХ совместно с ПГУПС (руководи-
тели работы А. И. Костриц, В. А. Рогонский) проведено обследование
состояния кровельных покрытий 63 полносборных зданий в Петербур-
ге [54]. Установлено, что средний срок службы многослойного рулон-
ного ковра, состоящего из 2—3 слоев рубероида на битумной мастике,
составляет 12 лет (Гср = 12, 5= 7, m = 63). Оценка точности определе-
ния среднего для доверительной вероятности а = 0,95 по формулам
(3.37) и (3.38) дала следующие результаты.
99
Из уравнения (3.38)
е = 2,0-7/763 = 1,75.
По уравнению (3.37) определяем доверительные границы Гниж =
12 — 1,75 » 10 лет и 7перх = 12 + 1,75 ~ 14 лет. Таким образом, истин-
ный срок службы обследованных конструкций находится в пределах от
10 до 14 лет.
В табл. 3.9 приведены данные о долговечности основных конструк-
ций железнодорожных производственных зданий, полученные в резу-
льтате расчетов по разработанной методике с учетом нормативных
межремонтных сроков службы конструкций одноэтажных производст-
венных зданий.
Таблица 3.9
Долговечность конструкций железнодорожных производственных зданий
Наименование конструктивных элементов Долговечность, лет Межремонтный срок службы, лет
Фундаменты:
железобетонные и бетонные 200 50-60
бутовые 150 40-50
Стены:
каменные из штучных материалов 200 20-25
облегченная каменная кладка 100 12-15
железобетонные панели 150 15-20
Колонны:
металлические 100 20-25
железобетонные 150 50-60
Подкрановые балки:
металлические 100 10-15
железобетон н ые 100 20-25
Фермы:
металлические 150 25-30
железобетонные 150 20-25
Перекрытия железобетонные 150 20-25
Кровля:
рулонная 10 5-10
металлическая 25 10-15
шиферная 40 15-20
Полы:
бетонные и цементные 20 5-8
асфальтовые 20 5-8
дошатые 25 8-10
100
Желе Рундаменты зоЬегонные и бетон. ю
Бутобые
Стены каменные изштучн.матп.
Железобетонные панели
□
Колонны Металлические
Железобетонные □
ПодкраноВые балки
Металлические
Железобетонные
Фермы Металлические -1
Железобетонные
Покрытие Железооет. плиты р
Кровля Рулонная
Металлическая =
Шиферная
Z3
Пал ы Бетонные и цементные 1 са Средний срок службы г~~1 Общая долговечность
Металлические
□
Ассральтобые 22^—
Дощатые
Годы 50 И 30 150 2L
Рис. 3.7. Общая долговечность и средние сроки службы конструкций
железнодорожных производственных зданий
Учитывая, что эксплуатацию основных конструкций этих зданий
никогда не доводят до 100% износа, а элементы конструкций, как пра-
вило, ремонтируют или заменяют при износах 40-60%, средний срок
службы конструкций может быть определен с помошью характеристи-
ки надежности Р(Т).
На рис. 3.7 приведены данные о сроках службы и общей долговеч-
ности эксплуатируемых конструкций железнодорожных производст-
101
венных зданий, полученные в результате статистических расчетов по
разработанной методике.
Главной задачей технической эксплуатации производственных зда-
ний является обеспечение их сохранности при минимальных затратах
на ремонты и обслуживание. В связи с этим полученные впервые сро-
ки службы основных конструкций транспортных производственных
зданий стали основой для оценки технического состояния отдельных
элементов и здания в целом, а также их эксплуатационных качеств.
3.3. СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
Важным показателем каждого проекта здания является степень вы-
полнения требования надежности. Надежность здания нельзя рассмат-
ривать как свойство, которое может быть получено только в процессе
строительства. Оно органически связано с разработкой проекта здания,
возведением его и эксплуатацией.
Низкая надежность здания приводит к увеличению времени на его
последующие ремонты, росту эксплутационных расходов, утрате доро-
гостоящих материалов и конструкций. В целом для производства низ-
кая надежность здания ведет к увеличению себестоимости продукции и
снижению производительности труда.
Современные методы проектирования и строительства позволяют
возвести здания достаточно высокой надежности. Однако они будут
иметь весьма значительный вес и большую стоимость.
Очевидно, с точки зрения экономических, технических и ряда дру-
гих показателей здание должно иметь некоторую оптимальную надеж-
ность. Для установления этой оптимальной надежности необходим
критерий качества. Таким критерием, как отмечено выше, может быть
критерий минимальной стоимости. Согласно этому критерию надеж-
ность здания является оптимальной, если суммарная стоимость его
проектирования, строительства и эксплуатации минимальна.
Проектирование и возведение производственных зданий высокой
надежности требует дополнительных капиталовложений. Это обуслов-
лено тем, что такие здания проектируются из более дорогих конструк-
ций, требуют дополнительных затрат времени на проектирование и
специальной технологии изготовления.
Вместе с тем более долговечные здания имеют меньшее число отка-
зов. Это уменьшает время простоев производства, связанных с ремон-
том основных несущих конструкций или переустройством здания, со-
кращает эксплуатационные расходы. Таким образом, с увеличением
надежности зданий растет стоимость проектирования и строительства,
но уменьшается стоимость эксплуатации.
102
Как известно, эксплуатационные расходы по виду и источникам
финансирования делятся на три основные группы: а) реновация (капи-
тальный ремонт и модернизация); б) текущий ремонт; в) реконструк-
ция.
Расходы на реновацию устанавливаются заранее для основных ти-
пов зданий и являются поэтому вполне определенной величиной. Рас-
ходы на текущий ремонт промышленного здания покрываются за счет
оборотных средств предприятия и являются поэтому издержками про-
изводства; они находятся в прямой зависимости от долговечности зда-
ний, их срока функционирования, а также от условий эксплуатации.
Расходы на реконструкцию здания вообще весьма трудно установить
заранее; они зависят от характера переустройства здания и объема ра-
бот.
Износ здания в целом определяется после установления износов от-
дельных конструкций:
F =
' (3.41)
где ft — износ конструктивного элемента здания, %; d, — удельный вес стоимости конст-
руктивного элемента в общей реновационной стоимости здания.
В табл. 3.10 приводится пример определения износа производствен-
ного здания на основе равенства (3.41).
Таблица 3.10
Определение износа здания
Наименование конструкции di Л ад
Фундаменты 8 10 80
Стены 17 15 255
Железобетонный каркас 23 10 230
Покрытие и кровля 10 15 150
Металлические конструкции 5 10 50
Полы 6 35 210
Проемы 7 40 280
Отделка 1 55 55
Внутренние сантехнические и электротехнические устройства 8 40 320
Другие инженерные устройства 5 35 175
Прочие элементы 10 30 300
Износ здания F = = 21,1%.
100
103
Как видно из таблицы 3.10, при общем износе здания 21,1% износ
основных строительных конструкций составил в среднем около 12%,
или 57% от общего износа промышленного здания.
Прежде чем рассмотреть вопросы надежности зданий, сделаем ряд
предварительных замечаний.
Известно [83], если случайные величины имеют нормальное распреде-
ление, то и их композиция дает нормальное распределение. Это значит,
что при нормальном распределении длительности службы основных кон-
струкций производственного здания долговечность здания в целом также
определяется законом, близким к усеченному нормальному.
Таким образом, обработка статистических данных по износам зда-
ний может производиться по методике, рассмотренной в п. 3.2. Упро-
щение модели отказов зданий в целом оправдано значительным рассе-
иванием износа отдельных конструкций, условий их эксплуатации и
режимов использования.
Рассмотрим следующий пример обработки статистических данных
по эксплуатации производственных зданий.
Данные обследования локомотивных и вагонных зданий II и III
класса капитальности были собраны за период с 1964 по 1980 гг. При
обследовании фиксировалось время функционирования здания Т и
процент его износа. Всего было обследовано 82 здания II класса и
17 зданий III класса капитальности. Обработка опытных данных со-
гласно вышеприведенной методики дала результаты, которые приведе-
ны для зданий II класса капитальности в табл. 3.11 и III класса капита-
льности в табл. 3.12. В этих таблицах вероятность времени безотказной
работы выявляется процентом износа здания за время Л 7’. Если эту
функцию обозначить f\T), то вероятность того, что за время Т имело
место некоторое повреждение, выразится соответственно через F(T):
F(T) = 1 - Р(Т). (3.42)
В последней графе табл. 3.11 и 3.12 по вычисленному значению Р( 7)
определяются квантили нормального распределения.
Таблица 3.11
Статистические данные для определения долговечности производственных зданий
II класса капитальности
Количество об- следованных зданий т, Л Г Износ, % Статистический износ здания цт? Характеристика исправности Л П' Квантиль и(Т)
6 5 4,7 0,05 0,95 1,65
14 10 16.0 0,16 0,84 0,99
8 15 17,6 0,18 0,82 0,92
104
Окончание табл. 3 11
Количество об- следованных зданий т. ДГ Износ, % Статистический износ здания Характеристика исправности /*(№ Квантиль и(Т)
12 20 18,4 0,18 0,82 2,92
5 25 20,0 0,20 0,80 0,84
4 30 22,1 0,22 0,78 0,77
2 35 24,2 0,24 0.76 0,74
1 40 30,5 0,31 0,69 0,52
1 45 36.0 0,36 0,64 0,36
3 50 35,0 0,35 0,65 0,39
11 55 35,5 0,36 0,64 0,36
7 60 41,7 0,42 0,58 0.20
4 65 40,8 0,41 0,59 0,23
1 75 30,0 0,30 0,70 0,52
3 НО 50,0 0,50 0,50 0,00
82 - - - - -
Таблица 3.12
Статистические данные для определения долговечности производственных зданий
[II класса капитальности
дГ Износ, % ДЛг Р[Те н(7)
2 5 9,0 0,09 0,91 1,34
8 15 16,0 0,16 0,84 0,99
2 25 27,7 0,28 0.72 0,58
1 35 29,0 0,29 0,71 0,55
4 55 42,5 0,43 0,57 0,18
17 - - - - -
По данным таблиц составлены графики зависимости w, от 7}
(рис. 3.8 и 3.9). Как видно из этих графиков, зависимость и, от 7} близ-
ка к линейной. Это значит, что закон распределения длительности
службы производственных зданий соответствует нормальному.
Рассмотрим пример определения надежности зданий И класса ка-
питальности. Используя данные табл. 3.11, составим ряд уравнений
типа (3.19):
105
Рис. 3.8. График зависимости и. от Т, для зданий II класса капитальности
Рнс. 3.9. График зависимости ц. от 7} для Рнс. 3.10. Характеристика надежности
зданий III класса зданий II класса капитальности
капитальности
106
1) То — 1,65ст = 5;
2) То - 0,99ст = 10;
3) То - 0,92ст = 15;
4) То - 0,92ст = 20;
5) То ~ 0,84ст = 25;
6) То - 0,77ст = 30;
7) То - 0,74ст = 35;
8) То ~ 0,52ст = 40;
9) То ~ 0,36ст = 45;
Ю) То ~ 0,39ст = 50;
Н) То - 0,36ст = 55;
12) То - 0,20ст = 60;
13) То - 0,23ст = 65;
14) То - 0,52ст = 75;
15) То - 0,00ст = 115.
Суммируем равенства (3.43):
157; — 9,41ст =645.
(3-43)
(3.44)
Перемножим каждое из уравнений (3.43) на коэффициенты при ст,
получим новый комплекс уравнений, суммируя который, будем иметь
9,417; -8,19ст =262,7. (3.45)
Решая совместно (3.44) и (3.45), получим значения параметров 7Ь =
= 80 и ст = 60.
По формуле (3.30) определим средний срок службы производствен-
ных зданий II класса капитальности Тср = 90 лет.
Аналогичным образом получаем значение параметров То, ст и 7"ср по
данным табл. 3.12 для зданий III класса капитальности: То = 60; ст = 38;
7;р = 70 лет.
Производственные здания локомотивных и вагонных депо весьма
редко эксплуатируются до износа 60—70%. Обычно эксплуатация зда-
ния продолжается лишь до тех пор, пока его состояние не оценивается
как «неудовлетворительное» (износ в среднем 50%), но нередки случаи,
когда производственное здание капитально ремонтируется или сноси-
ться при меньшем износе.
Произведенные методами математической статистики расчеты
(табл. 3.13) позволили определить основные характеристики надежно-
сти обследованных зданий. На основании этих данных построены гра-
фики функций P(T),flT) и Х(7) (рис. 3.10 и 3.11). Как видно из графи-
ков, вероятность того, что здания II и III класса капитальности
прослужат соответственно 80 и 60 лет, наибольшая и превышает веро-
ятность У(7) при Т= 0 и Т= 27о более чем в 2—3 раза. По данным кри-
вых Х( 7) устанавливаем, что интенсивность отказов в начальный пери-
107
од невелика, но при увеличении Т до 7Ь она резко растет и превышает
интенсивность отказов в начальный период для зданий II класса капи-
тальности более чем в 4 раза, для зданий III класса капитальности —
более чем в 6 раз. Численные значения функции Р(Т) позволяют уста-
новить общий характер увеличения износа зданий в зависимости от
времени.
Основные надежностные характеристики зданий Таблица 3.13
т/т. Т-Т, о T.iT./c) f[(T - TJ/c] с=—1— Я о J /(TJIO2 Т\Т) Х(Г)102
Производственные здания П класса капитальности
0,0 1,33 0,91 0,17 1,05 0,91 0,30 1,00 0,30
0,2 1,06 0,91 0,23 0,86 0,86 0,40 0,94 0,43
0,4 0,80 0,91 0,29 0,86 0,79 0,51 0,87 0,59
0,6 0,53 0,91 0,35 0,86 0,70 0,61 0,77 0,79
0,8 0,27 0,91 0,38 0.86 0,61 0,67 0,67 1,00
1,0 0,00 0,91 0,40 0,86 0,50 0,70 0,55 1,28
Производственные здания 111 класса капитальности
0,0 1,58 0,94 0,11 1,06 0,94 0.33 1.00 0,33
0,2 1,26 0,94 0,18 1,06 0,90 0,50 0,96 0,52
0,4 0,95 0,94 0,25 1,06 0,83 0,70 0,86 0,82
0,6 0,63 0,94 0,33 1,06 0,74 0,92 0,79 1,16
0,8 0,42 0,94 0,37 1,06 0,66 1,04 0,70 1.48
1,0 0,00 0,94 0,40 1.06 0,50 1,12 0,53 2,15
Рис. 3.11. Характеристики надежности зданий III класса капитальности
108
3.4. ПРИМЕРЫ ВОЗМОЖНЫХ ОЦЕНОК
СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ
Выше были рассмотрены статистические методы прогнозирования
эксплуатационной надежности конструкций зданий, которые в некото-
рых случаях могут оказаться весьма трудоемкими из-за необходимости
обследования большего числа объектов.
Тогда для определения характеристик надежности могут использо-
ваться эвристические методы. В простейших случаях, например для
определения приближенных сроков службы, длительности производства
ремонтных работ и др., может использоваться метод экспертных оценок.
Статистический метод и метод экспертных оценок имеют свои досто-
инства и недостатки. Достоинством статистического метода является
высокая объективность, недостатком — трудность получения исходных
данных. Достоинство метода экспертных оценок — быстрота получения
необходимых данных, недостаток — наличие субъективных элементов.
Наиболее целесообразно применение комбинированных методов с
использованием статистического материала, данных экспертных оце-
нок. а также данных, основанных на физическом анализе надежности
строительных конструкций.
В условиях ограниченной статистики по зданиям, отдельным конст-
руктивным элементам и элементам благоустройства многие организа-
ции министерств и ведомств прибегают к методам экспертной оценки,
как единственно возможному средству получения необходимой инфор-
мации. В связи с этим рассматриваются примеры, которые с целью бо-
лее полного освещения существа проводимой работы излагаются до-
статочно подробно.
Всесоюзный научно-исследовательский институт деревообрабатыва-
ющей промышленности (ВНИИдрев) разработал ГОСТ «Система по-
казателей качества продукции. Строительство. Изделия паркетные.
Номенклатура показателей». С целью определения предварительной
номенклатуры показателей качества паркетных изделий для включения
в первую редакцию ГОСТа институт подготовил и разослал высококва-
лифицированным специалистам своего и родственных министерств и
ведомств «Анкету экспертного опроса» с приложением пояснительной
записки и примеров заполнения анкеты, а также таблицы для заполне-
ния экспертом. Ниже приводится методика экспертного опроса.
Цель данной анкеты — определение номенклатуры (перечень) пока-
зателей качества паркетных изделий, наиболее полно характеризующих
основные свойства этой продукции на стадиях проектирования, изго-
товления и эксплуатации (применительно к паркетным изделиям, а не
к полу в целом) и установление степени весомости (значимости, важ-
ности) каждого показателя.
109
Под качеством продукции понимается совокупность свойств про-
дукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные
потребности в соответствии с ее назначением (ГОСТ 15467-79) [7].
Назначение паркетных изделий — создание лицевого покрытия пола,
обладающего прочностью и износостойкостью при воздействии на него
статических и динамических нагрузок и создающего комфортность и
благоприятные тепло-, звукоизоляционные и гигиенические условия.
Качество паркетных изделий является комплексным понятием, со-
стоящим из совокупности сложных показателей, каждый из которых
может быть представлен совокупностью менее сложных показателей. Не
определив и не оценив наименее сложные (так называемые единичные)
показатели, невозможно оценить качество паркетных изделий в целом.
Работа эксперта заключается в выполнении двух самостоятельных, но
взаимосвязанных операций: корректирование (уточнение) структурной
схемы и установление степени весомости (важности) показателей качества.
Корректирование структурной схемы. Для выполнения данной рабо-
ты составлена иерархическая структурная схема показателей качества
(т. е. схема, в которой показатели в зависимости от их сложности рас-
полагаются на нескольких уровнях, в данном случае на трех).
Структурная схема показателей качества составлена следующим об-
разом: качество паркетных изделий в целом (обобщенный показатель
качества) располагается на самом высоком (нулевом) уровне; наиболее
сложные (групповые) показатели (например, назначение), из которых
состоит обобщенный показатель качества, — на первом уровне; менее
сложные (комплексные) показатели, на которые разделены групповые
показатели — на втором уровне. На самом низшем, третьем, уровне на-
ходятся единичные (неразделяемые) показатели, входящие в показате-
ли второго уровня.
Если эксперт считает, что какие-то показатели (любого уровня)
можно не учитывать, так как их роль в оценке качества паркетных из-
делий незначительна, то он вычеркивает их из структурной схемы и
указывает причины, по которым он это сделал.
Определение весомости показателей качества. Для установления сте-
пени весомости каждого показателя применяют метод ранжирования,
который заключается в следующем.
В соответствии с представлением о важности показателей в графе
«Ранг» каждой группы единичных показателей (3-й уровень) проставля-
ются порядковые номера показателей: номер 1 присваивается наиболее
важному показателю; номер 2 — следующему по важности за ним; и т. д.
Пример заполнения анкеты приведен в табл. 3.14. Этот пример яв-
ляется лишь иллюстрацией, но не образцом ранжирования показате-
лей. Если эксперт считает, что весомости двух или более показателей в
одной группе (например, показатели технологичности) равны между
собой, то он проставляет им одинаковые ранги. Так, последовательны-
ми операциями заполняется графа «Ранг» единичных показателей. По-
110
еле этого эксперт приступает к ранжированию комплексных, а затем
групповых показателей.
На 2-м, а затем на 1-м уровне ранжирование показателей необходимо
проводить с учетом всей их совокупности. Это означает, что в совокуп-
ности, например, восьми показателей первого уровня необходимо опре-
делить их ранги (весомости, значимости), характеризующие влияние
каждого из этих показателей на качество паркетных изделий в целом.
В итоге производится оценка полученных данных от всех экспери-
ментов и с учетом коэффициентов компетентности определяются
окончательные данные, подлежащие утверждению экспертной комис-
сией министерства.
Министерство жилищно-коммунального хозяйства РСФСР поручи-
ло ЛНИ АКХ им. К. Д. Памфилова выполнить работу по уточнению
норм амортизационных отчислений в жилищном хозяйстве. Необходи-
мость уточнения была обусловлена изменением структуры жилищного
фонда по материалу стен и основным конструктивным принципам, об-
новлением фонда, повышением уровня благоустройства жилых зданий,
а также переоценкой основных фондов всего народного хозяйства в свя-
зи с изменением оптовых цен на строительные материалы и ставок зара-
ботной платы. Уточнение норм амортизации осуществлялось на базе
классификации жилищного фонда по группам капитальности. Они уста-
навливались в зависимости от материала и конструкции основных несу-
щих элементов здания (стены, фундаменты, перекрытия) с учетом сро-
ков их службы. В работе, выполнявшейся канд. эконом, наук
М. С. Ройтман, Р. Н. Зельдовичем и М. Г. Гельбаумом, был предложен
также метод анкетного опроса по каждому конструктивному элементу.
Собранные анкетные данные были сведены в табл. 3.15, проанали-
зированы и представлены в окончательном виде на рассмотрение экс-
пертной комиссии Минжилкомхоза РСФСР, где были окончательно
уточнены и утверждены для расчета норм амортизационных отчисле-
ний сроки службы конструктивных элементов и инженерного оборудо-
вания жилых домов (табл. 3.16). В дальнейшем уже производился рас-
чет нормативов, т. е. осуществление главной задачи исследования.
В отдельных случаях предлагаются методы ускоренных испытаний,
моделирующих процесс износа конструкций и их элементов. Такие ис-
следования, как правило, весьма трудоемки, требуют обобщения большо-
го экспериментального материала и сравнения его с натурными данными.
Именно такое исследование, связанное с установлением расчетного срока
службы лестниц выполнено В. Г. Борисовой в ЛНИИ АКХ. На основе
обобщения свыше 600 экспериментальных данных было установлено:
— толщина истертого слоя конструкций элементов лестниц зависит
от материала и срока службы. Приведенная к одному году, эта величи-
на составляет (см/год): гранита — 0,01; мрамора — 0,12; известняка —
0,08; бетона с гранитным заполнением — 0,02; бетона с мраморным за-
полнением — 0,05;
111
8 Заказ № 788
Таблица 3.14
Пример заполнения «Анкеты экспертного опроса»
Наименование показателей качества, уровень их рассмотрения и раит (весомость)
0-й уровень (обобщенный показатель) 1-й уровень (групповые показатели) Ранг 2-й уровень (комплексные показатели) Ранг 3-й уровень (единичные показатели) Метод опреде- ления показа- теля Ранг Применяемость показателей по виду паркетных изделий
штуч- ный доски мозаич- ные щиты
0. Качество 1. Показатели назначения 1 1. Эксплуата- ционные 1 1. Истираемость Отсутствует 1 + + + +
2. Сопротивление про- давливанию » + + + +
3. Прочность на изгиб, МПа (кгс/см2? гост 16483.3-73 1 — + — +
4. Прогиб (просадка), мм СНиП Ш-В. 14-72 2 - + — +
5. Сопротивление удар- ным нагрузкам, Дж/см- ГОСТ 16483.16-72 3 — + — +
6. Удельное сопротивле- ние выдергиванию, Н/м2 (кгс/см2) — гвоздей Н/м (кгс/см2) — шурупов ГОСТ 16483.33-77 3 — + — +
7. Биостойкость Отсутствует 1 + + + +
2. Эргономиче- ские 1 1. Коэффициент трения (скользкость) изделия с лаковым покрытием Отсутствует 2 — — — —
2. Токсичность (лаков, клеев, смол и т. п.; запах древесины экзотических пород) Отсутствует 1 — — —
3. Загрязняемость Отсутствует 1 — — — —
Продолжение табл. 3.14
3. Эстетические 2 1. Художественное и цветовое решение рисунков изделия и его элементов, балл Экспертный 2 — + + +
2. Внешний вид лакового покрытия, класс ГОСТ 24404-80 1 — + — +
3. Однородность цветового оттенка в партии, % Оценочный 1 + + + +
2. Показатели надежности 1 4. Долговеч- ность 1 1. Средний срок службы паркетного изделия Отсутствует 1 + + + +
2. Средний срок службы отделочного покрытия Отсутствует 2 + + 4- 4-
5. Сохраняе- мость 2 1. Гарантийный срок хранения, месяц По ГОСТ на паркетные изделия 1 + + + +
2. Коэффициент сохраняемости при транспортировании МУ РД 50-149-79 2 + + + +
Таблица 3.15
Долговечность основных конструктивных элементов жилых домов
п/п Характеристика конструктив- ных элементов Сроки службы, по данным различных источ- ников, год Резуль- тат обоб- щения литера- турных данных Предложения специалистов
Временные нормы усредненных сроков службы, утв. ГУЖХ МКХ РСФСР 3 сент. 1950 г. ППР, 1965 г. Инст- рукция о пере- оценке основ- ных фон- дов, 1959 г. Зару- бежные данные Прочие № 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7
I. Фундаменты
1 Бетонные и железобетон- ные, ленточные и свайные >200 - — - 150- 250 150 150— 200 150- 200 150 200 150 150 150
2 Бутовые на сложном или цементном растворе, буто- бетонные >100 100- 150 — — — 100- 150 150 150 100— 150 100— 150 100- 150 100— 150 150
3 Бутовые на известковом растворе — — — — 100- 150 100— 150 100- 150 100— 150 100 100- 150 100- 150 100 100
4 Кирпичные столбчатые и ленточные 80 — 80 — 100— по 100 100 100 80 100 50 80 80
5 Деревянные - 10 — — — 10 10 10 10 10 10 10 12
II. Стены
1 Кирпичные при толшине стен в 2,5-3,5 кирпича на сложном или цементном растворе 150 — 100 100- 200 150 150 150 150 >150 150 150 150
2 Кирпичные с железобе- тонным или металличе- ским каркасом - — - - - 150 150 150 150 150 150 150 150
Окончание табл 3.15
3 Крупноблочные толщиной 40 см и более, из шлакобе- тонных и керамзитобетон- ных блоков на цементном растворе — — — — — 100 150 150 100 100 100 80 125
4 Обыкновенные кирпич- ные в 2-2,5 кирпича на известковом или сложном растворе 125 80- 100 120- 150 125- 150 120- 150 120— 150 150 125- 150 125— 150 80 125
5 Крупноблочные из шлако- бетонных и керамзитобе- тонных блоков толщиной менее 40 см 100
6 Крупнопанельные - 100 - - — 100 100 100 100 100 100 50-80 125
7 Кирпичные облегченные в 1,5-2 кирпича — 100 — — 70- 100 100 100 100 100 100 100 60 100
8 Шлакобетонные из мелких шлакоблоков, ракушечни- ка 80-100 100 — 80- 150 70- 100 100 70- 100 70- 100 80 100 50-70 80 100
9 Шлакобетонные монолит- ные - — — — — — — — — — 100 — 100
10 Смешанные - — - — 50 50 50 50 50 50 50 50
11 Деревянные рубленые и брусчатые 80 50 — 30-70 50-80 50 50 50 50 50 50 50 50
12 Сырцовые, арболитовые — — — — — — — — — — 50 50
13 Сборно-шитовые — 30 — — 20-70 30 30 30 20 30 30 30 30
14 Глинобитные, саманные - 30 - - 20-70 30 — — 20 20 30 30 30
- 15 Каркасно-камышитовые и другие облегченные — 15 — — 15 15 — — 15 15 15 15 15
Таблица 3.16
Средние сроки службы конструкций
п/п Характеристика конструктивных элементов и инженерного оборудования Сроки службы, лет
1 I. Фундаменты Бетонные и железобетонные, ленточные и свайные 150
2 Бутовые на сложном или цементном растворе, бутобетонные 150
3 Бутовые на известковом растворе 100
4 Кирпичные 80
5 Деревянные 12
1 II. Стены Капитальные, кирпичные толщиной в 2,5—3,5 кирпича на сложном 150
2 или цементном растворе Кирпичные с железобетонным или металлическим каркасом 150
3 Крупноблочные толщиной 40 см и более из шлакобетонных и керам- 125
4 зитобетонных блоков на цементном растворе Кирпичные толщиной в 2—2,5 кирпича на известковом растворе 125
5 Крупноблочные из шлакобетонных и керамзитобетопных блоков тол- 125
6 шиной менее 40 см Крупноблочные из силикальцитных, силикатных, кирпичных, легко- 100
7 бетонных и зольносланцевых блоков Крупнопанельные:
а) однослойные из шлакобетона, керамзитбетона 125
б) многослойные из железобетонных плит и утеплителя, керамзи- 100
8 тобетонные, виброкирпичные с утеплителем (учесть сроки службы стыков) Кирпичные облегченные толщиной в 1,5-2 кирпича 100
9 Шлакобетонные из мелких шлакоблоков, ракушечника 80
10 Шлакобетонные монолитные 100
11 Смешанные (1-ый этаж — каменные, последующие — деревянные) 50
12 Деревянные рубленые и брусчатые 50
13 Сырцовые, арболитовые 30
14 C6opiю-щитовые, каркас но-засы п ные 30
15 Глинобитные, саманные 25
16 Каркасно-камышитовые и другие облегченные 15
1 III. Перекрытия Железобетонные монолитные, сборно-монолитные 150
2 Железобетонные сборные из панелей и настилов:
а) толщиной более 10 см 150
б) толщиной 10 см и менее 10 см, и ребристые 70
3 Железобетонные сборные по железобетонным балкам 150
4 Железобетонные или бетонные по металлическим балкам 125
5 Деревянные оштукатуренные по металлическим балкам 70
6 Деревянные оштукатуренные по деревянным балкам 50
7 Деревянные облегченные неоштукатуренные 30
1 IV. Полы Из метлахской и керамической плитки по бетонному основанию 80
2 Паркетные дубовые 80
3 Паркетные буковые 50
4 Дощатые 30
5 Из поливинилхлоридных плиток, линолеума 10
116
Продолжение табл. 3.16
п/п Характеристика конструктивных элементов и инженерного оборудования Сроки службы, лет
1 V. Лестницы Из сборных железобетонных элементов, из каменных, бетонных и же- 100
2 лезобетонных плит по металлическим и железобетонным косоурам Деревянные 15
1 VI. Крыши А. Несущие элементы Из сборных железобетонных настилов 150
2 Из железобетонных стропил и обрешетки 150
3 Из деревянных стропил и обрешетки 40
4 Железобетонные совмещенные крыши 100
1 Б. Кровля Из керамической первосортной черепицы 80
2 Из асбестоцементных плит и волнистого асбошифера 30
3 Из оцинкованной стали 25
4 Из черной листовой стали, окрашенной масляными или синтетиче- 15
5 скими красками Из рулонных материалов 8
1 VII. Перегородки Железобетонные 150
2 Шлакобетонные, бетонные, кирпичные оштукатуренные 75
3 Гипсовые, гипсоволокнистые, гипсобетонные 60
4 Деревянные оштукатуренные или обитые сухой штукатуркой 40
VIII. Двери и окна 1 {Дверные и оконные блоки 40
1 IX. Внутренняя отделка Штукатурка по бетонным и кирпичным стенам 50
2 Штукатурка по деревянным перегородкам 35
3 Клеевая окраска 3
4 Масляная окраска 6
5 Оклейка стен обоями 4
1 X. Инженерное оборудование Водопровод и канализация 30
2 Отопление 30
3 Горячее водоснабжение 10
4 Вентиляция 30
5 Электроосвещение 15
5а Электроплиты 20
6 Газооборудован ие 20
7 Лифты 20
8 Прочие 30
1 XI. Благоустройство придомового участка Благоустройство участка 1 15
1 XII. Наружная отделка Облицовка стен естественным камнем 125
2 Облицовка стен керамическими плитками 75
3 Терразитовая штукатурка с мраморной крошкой 50
4 Облицовка стен ковровой плиткой 35
5 Штукатурка по кирпичу на сложном растворе 30
117
Окончание табл. 3.16
н/п Характеристика конструктивных элементов и инженерного оборудования Сроки службы, лет
6 Штукатурка по кирпичу на известковом растворе 20
7 Штукатурка по дереву 15
8 Окраска 5
Примечание. Сроки службы конструктивных элементов и инженерного оборудова-
ния приведены с учетом их полного физического износа. Если срок службы жилого дома
меньше срока службы того или иного конструктивного элемента или вида инженерного
оборудования, то срок службы последних принимается в пределах срока службы жилого
дома, в котором они применены. Так, срок службы железобетонных монолитных пере-
крытий для жилых домов 111 группы капитальности следует принимать равным не 150, а
100 годам, так как срок службы жилых домов 111 группы капитальности — 100 лет.
— значения истираемости, установленные в лабораторных условиях
для тех же материалов, составляют (см): гранита — 0,08; мрамора —
0,80; известняка — 0,52; бетона с гранитным заполнителем — 0,15; бе-
тона с мраморным заполнителем — 0,37;
— коэффициент истирания (Л), определенный как соотношение го-
дового износа к истираемости, имеет одинаковые значения для всех
исследованных материалов и составляет 0,14 (рис. 3.12);
— ожидаемый срок службы лестниц из железобетонных элементов,
определенный как отношение толщины защитного слоя бетона просту-
пей складчатого марша к величине годового износа, составляет
55—85 лет, что на 15—45% ниже установленного «Положением о плано-
во-предупредительном ремонте жилых и общественных зданий» [9].
3.5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ
И РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ
В гл. 2 было обращено внимание на решение разнообразных задач,
имеющих практические приложения при оценке надежности эксплуа-
тируемых зданий. Было указано, что исследование этих вопросов тре-
бует знания определенных статистических закономерностей, позволя-
ющих построить статистическую модель. В период эксплуатации
зданий наиболее важными вопросами являются оценка вероятности
безотказной работы всей системы в течение заданного периода време-
ни, время, затрачиваемое на ремонты конструкций, и объем ремонт-
ных работ.
Определение времени безаварийной работы как отдельных конст-
рукций, так и здания в целом в случае известных законов распределе-
ния еще не дает возможности правильно определить надежность систе-
мы в целом, если не учитываются годовые расходы на содержание
118
Рис. 3.12. Соотношение годового износа и истираемости материалов
о — гранита; + — мрамора; х — известняка; • — бетона с гранитным заполнителем;
▼ — бетона с мраморным заполнителем
конструкций, стоимость их ремонтов и замены. Задача усложняется,
если рассматривать вопросы восстановления работоспособности систе-
мы. Критерием оптимальности системы с учетом восстановления явля-
ется минимизация общих приведенных затрат.
При определении оптимальной надежности здания или отдельных
конструкций нужно рассматривать следующую альтернативу: либо вы-
сокие затраты на возведение долговечного здания и низкие издержки
на эксплуатацию, либо удешевление стоимости строительства, но зато
высокие затраты на эксплуатацию и модернизацию здания. Для опре-
деления оптимальной надежности здания необходимо также учитывать
не только среднее время между ремонтами Т, но и продолжительность
этих ремонтов Гр.
Обозначим через А(Р$, Р) функцию сметной стоимости здания при
повышении его надежности с величины Pq до Р, при этом сметная сто-
имость здания с надежностью Д) будет Aq.
Тогда для частного случая экспоненциального закона будем иметь
А = Л0(1пР0/1пР)₽, (3.46)
где р — коэффициент, зависящий от срока окупаемости Тт.
Можно показать, что зависимость между р и Ток имеет вид
(3.47)
где Тср — средний срок службы здания; Х„, Л — интенсивности проведения ремонтов при
надежности соответственно Ро и Р, отнесенные к сроку службы Гср.
С учетом (3.47) функция стоимости (3.46) примет следующий вид:
119
TUW*-!)
Л = Д(1пР0/1пР)г-|пМ\
(3.48)
Определим оптимальную надежность здания. Стоимость ремонтов
здания может быть получена как произведение средней стоимости ре-
монтов Сср на количество ремонтов К за период эксплуатации, т. е.
г
'-'ЭКС
= KCcv.
(3.49)
При экспоненциальном распределении длительности службы зда-
ния будем иметь
Сэкс = CcfXTcp//)lnP. (3.50)
Общая стоимость возведения и эксплуатации здания будет
Собш = Л0(1пРп /(п/Ч+С^ //)(-1пР). (3.51)
Обозначим
g, =Сср(Гср//) и g2=C0(lnl/Pfl)p. (3.52)
Тогда, продифференцировав уравнение (3.51), после преобразова-
ния получим
-inP = 1!^iT7gJ- (3.53)
Так как —1пР = 1п1/Л то оптимальная надежность будет
Рот=е^''^'. (3.54)
Путем подстановки в (3.54) значений g| и gi окончательно получим
формулу для определения оптимальных значений в следующем виде:
lc„|Xhi l/P)11/
Ртп=е^ СТ* • (3-55)
Уточнение основных особенностей оценки надежности строитель-
ных конструкций в процессе эксплуатации имеет большое практиче-
ское значение для понимания физической сущности процессов техни-
ческой эксплуатации зданий. Зависимости, приведенные в данном
параграфе, позволяют делать достаточно обоснованные рекомендации
по повышению надежности конструкций зданий и давать им техни-
ко-экономическую оценку.
120
Глава 4
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
И РЕМОНТ ЗДАНИЙ
4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ РАБОТ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ
ОБСЛУЖИВАНИИ
И РЕМОНТАХ ЗДАНИЙ
С момента ввода зданий в эксплуатацию за техническим состоянием
их несущих и ограждающих конструкций, а также инженерного обору-
дования устанавливается систематическое наблюдение, целью которого
является своевременное обнаружение, правильная оценка дефектов и
повреждений, а также контроль за устранением неисправностей.
В процессе функционирования объекта возникает необходимость в
проведении ремонтных работ.
Техническое обслуживание и ремонт зданий являются составными
частями системы планово-предупредительного ремонта. В соответст-
вии с ГОСТ 18322-73 [5] их можно рассматривать как комплекс взаи-
мосвязанных положений и норм, определяющих организацию и поря-
док проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту
зданий для заданных условий эксплуатации с целью обеспечения пока-
зателей качества, предусмотренных в нормативной документации.
Сохранение нормальных эксплуатационных качеств зданий и соору-
жений в течение длительного срока эксплуатации с минимальными за-
тратами возможно при осуществлении системы планово-предупредите-
льных ремонтов. Вместе с тем работы, выполняемые при техническом
обслуживании и ремонте зданий, разнообразны как по объемам, так и
по видам технологических операций.
Организация системы технической эксплуатации здания включает:
— техническое обслуживание — комплекс профилактических меро-
приятий для обеспечения безотказного функционирования здания и
отдельных его конструктивных элементов. В процессе технического
обслуживания зданий выполняются работы по контролю за техниче-
ским состоянием здания, поддержанию работоспособности, наладке и
регулировке работы инженерных систем, подготовке к сезонной экс-
плуатации объекта;
121
— текущий ремонт — комплекс работ по поддержанию установлен-
ных показателей состояния как отдельных конструкций, так и здания в
целом;
— капитальный ремонт — комплекс работ по замене или восстанов-
лению изношенных элементов (кроме полной замены каменных и бе-
тонных фундаментов, несущих стен и каркасов). При капитальном
ремонте может осуществляться экономически обоснованная модерни-
зация здания или сооружения — улучшение планировки, модерниза-
ция инженерного оборудования, благоустройство территории и т. д.;
— реконструкция — комплекс строительных работ, связанных с из-
менением объемно-планировочного решения здания (строительный
объем и общая площадь здания, пролеты и высоты, количество и пло-
щади квартир и т. д.), помимо этого выполняется и капитальный ре-
монт здания.
Необходимо подчеркнуть, что система технического обслуживания
и ремонтов должна рассматриваться целиком. Выделение какой-либо
части системы, например технического обслуживания или ремонтов, и
рассмотрение ее отдельно, без учета взаимного влияния, приводит, как
показала практика, к преждевременному износу конструкций здания.
В процессе эксплуатации зданий регулярно два раза в год, весной и
осенью, проводятся общие осмотры объектов. Весенние осмотры вы-
полняют после таяния снега, когда все части здания становятся до-
ступными для контроля. При этих осмотрах выявляются характер и
причины повреждений отдельных элементов здания, уточняются объе-
мы работы по текущему ремонту. Осенние осмотры проводят до на-
ступления отопительного сезона и образования снежного покрова. При
этом проверяют качество производства ремонтных работ, обеспечива-
ющих нормальную эксплуатацию здания.
Внеочередные осмотры здания производят после сильных ветров,
снегопадов, ливней, наводнений и других стихийных бедствий. Особое
внимание уделяют выявлению повреждений и деформаций, угрожаю-
щих безопасной эксплуатации здания.
Таким образом, все мероприятия по техническому обслуживанию
здания направлены на обеспечение требуемой эксплуатационной на-
дежности здания и его конструктивных элементов. Известно, что в
процессе эксплуатации ухудшаются основные функциональные харак-
теристики как несуших, так и ограждающих конструкций. Поэтому
основной задачей ремонта является не восстановление или замена кон-
струкций, а профилактические мероприятия, дающие возможность
предупредить их отказы.
В последние годы специалистами неоднократно обсуждается вопрос
о возможности введения единой системы технического обслуживания
для зданий различного назначения: представляется необходимым уни-
фицировать количество и виды технического обслуживания и ремонта
гражданских, а также промышленных зданий. На наш взгляд, ответить
122
на этот вопрос пока невозможно — это тема отдельного исследования:
во-первых, необходим анализ технической потребности в обслужива-
нии и ремонте, для чего надо установить характеристики отказов (за-
коны распределения) и процессов восстановления; во-вторых, следует
научно обосновать средние межремонтные периоды как для промыш-
ленных, так и для гражданских зданий; в-третьих, требуется разрабо-
тать методы и показатели оптимизации систем технического обслужи-
вания и ремонта.
Однако проведенные исследования позволяют сделать ряд важных
выводов:
1. Чем сложней объект и ответственней его назначение, тем боль-
шую степень дифференциации должна иметь структура системы его
технического обслуживания и ремонта.
2. В связи с громадными убытками, которые несет государство,
из-за вывода зданий из эксплуатации, все большее количество ремонт-
ных работ выполняется в процессе функционирования объекта.
3. Для обеспечения оптимизации системы технического обслужива-
ния и ремонта здания необходимо увеличение всех видов профилакти-
ческих ремонтов и снижение доли ремонтных работ, связанных с вы-
водом здания из эксплуатации.
4.2. РАБОТА ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ
Для поддержания конструкций здания в исправном состоянии не-
обходимо в первую очередь выявить причины, вызывающие прежде-
временный износ. Работы при техническом обслуживании направлены
на поддержание исправности объекта в заданных пределах, в то время
как работы по текущему и капитальному ремонту подчинены задачам
восстановления частично или полностью утраченных свойств объекта
до необходимого (проектного) уровня. Выше было отмечено, что для
максимального снижения убытков государства от вывода зданий из эк-
сплуатации нужна оптимальная система ППР.
Оптимально организованной системой технического обслужива-
ния и ремонта строительных объектов может считаться та система,
которая сводит к минимуму трудоемкость работ по капитальному ре-
монту. Иными словами, техническое обслуживание и проведение про-
филактических текущих ремонтов конструкций является основой пра-
вильной технической эксплуатации, обеспечения эксплуатационной
надежности здания. Своевременно планирование этих мероприятий
позволяет предупреждать износ и сокращать расходы на капитальный
ремонт сооружений.
Таким образом, для увеличения межремонтных сроков службы зда-
ний и сооружений необходимо обеспечить правильное содержание их
123
основных строительных конструкций и инженерного оборудования.
Основные правила содержания жилых зданий приведены в «Правилах
и нормах технической эксплуатации жилищного фонда». Аналогичные
документы разработаны министерствами и ведомствами для зданий и
сооружений различного назначения.
Сложность работ по техническому обслуживанию строительных
объектов заключается в организации постоянных наблюдений, фикса-
ции возникающих дефектов, диагностике причин и установлении ра-
циональных методов устранения повреждений. Из основных работ по
техническому обслуживанию зданий представляется целесообразным
рассмотреть лишь некоторые, представляющие особую значимость для
эксплуатации объектов.
Поддержание в жилых и производственных помещениях требуемого
температурно-влажностного режима. Влажностный режим помещений
подразделяется на сухой, нормальный, влажный, мокрый и зависит от
величины относительной влажности воздуха.
Большинство материалов конструкций всегда содержит влагу. Ее
количество зависит от многих причин и прежде всего от принятых
конструктивных решений, климатических условий и режима эксплуа-
тации. Даже совсем незначительные колебания температуры и влажно-
сти, которые вызывают переменное увлажнение и высыхание поверх-
ностей конструкций, приводят к их преждевременным износам.
Предупредительные мероприятия по поддержанию в зданиях тепло-
влажностного режима, соответствующего запроектированному, заклю-
чаются в обеспечении исправности ограждающих конструкций и эле-
ментов стыковых соединений, поддержании требуемой температуры
внутри помещений и в достаточной вентиляции.
Иногда причины нарушения тепловлажностного режима оказыва-
ются скрытыми и непростыми в обнаружении. Так, например, приме-
нение штукатурки из цементно-песчаного раствора создает своего рода
панцирь на кирпичной стене, в зоне контакта которого с кладкой на-
блюдается конденсирование влаги в результате малой проницаемости
слоя штукатурки. По этой причине вначале образуются локальные
зоны отсыревания, а в последующем происходит растрескивание и об-
рушение отслоившихся участков штукатурки.
В зданиях с переувлажненными конструкциями стен, совмещенны-
ми невентилируемыми покрытиями наблюдается миграция избыточ-
ной влаги во внутрь помещения (при работе отопительных приборов) и
наружу (в летнее время, когда температура наружного воздуха выше,
чем в помещениях). Все перечисленные выше факторы приводят к на-
рушению микроклимата в помещениях.
Защита от переувлажнения здания. Внешние части здания подверга-
ются увлажнению атмосферной влагой — парами воздуха, дождем и та-
лыми водами. Атмосферная влага может проникать и в конструкции
124
здания через неисправные кровли, водоотводящие устройства, стыки
конструктивных элементов и отмостки.
Под действием капиллярных, электроосмотических сил грунтовая
влага поднимается вверх по каменным стенам и при отсутствии надеж-
ной изоляции может подняться до второго этажа здания и выше.
Проникновение в конструкцию влаги и периодическое изменение
ее содержания приводят к снижению прочности и постепенному
ослаблению структуры каменной кладки. Образование трещин харак-
терно для элементов, имеющих избыточную строительную влагу. Раз-
рушение наружных слоев ограждающих конструкций ускоряется при
чередовании положительных и отрицательных температур, вызываю-
щих замерзание влаги в материале. Вместе с тем с повышением влаж-
ности ухудшаются теплозащитные качества конструкций, увеличива-
ются теплопотери. В ряде случаев это приводит к промерзанию стен,
потолков. Нередко причиной протечек, особенно плоских крыш, явля-
ется наличие минимальных 1 — 1,5% и обратных уклонов, а также нару-
шение мест сопряжений.
Для защиты конструкций от воздействий влаги необходимо:
а) обеспечивать исправное состояние всех устройств для отвода ат-
мосферных и талых вод: водосточных труб, ендов, карнизов, сливов и
т. д.;
б) своевременно восстанавливать элементы штукатурок, облицовок,
кровель, лакокрасочных покрытий и т. п.;
в) содержать в исправном состоянии гидроизоляцию фундаментов и
стен подвалов, применять меры для защиты ограждающих и несущих
конструкций от грунтовой влаги;
г) своевременно удалять снег с крыш зданий, не допускать скопле-
ния его у стен;
д) обеспечивать исправность ограждающих конструкций здания:
стен, покрытий, оконных и дверных заполнений;
е) не допускать непосредственно у наружных стен складирования
производственного сырья и отходов, особенно гигроскопичных мате-
риалов (хлопка, шерсти, порошкообразных материалов и т. п.), а также
размещения громоздкого оборудования с большими поверхностями,
затрудняющими свободную циркуляцию воздуха;
ж) возобновлять имеющийся пароводоизоляционный слой на по-
верхности стен по мере необходимости, но не реже чем через 4—6 лет;
Предохранение конструкций от перегрузок. В условиях технического
перевооружения промышленных предприятий все чаще возникают во-
просы сохранности несущих конструкций при изменении нагрузки от
оборудования на перекрытие.
При увеличении нагрузки возникает необходимость в перерасчете
конструкций и установлении возможности размещения нового обору-
дования (без усиления, с разгрузочными площадками или с усилением
125
конструкций). Как правило, решение возникающих в этих случаях во-
просов следует поручать проектным организациям.
В целях предохранения конструкций промышленного здания от
действия нагрузок, превышающих расчетные, запрещаются:
а) установка, подвеска и крепление на конструкциях не предусмот-
ренного проектом технологического оборудования (даже на время его
монтажа), транспортных средств, трубопроводов и других устройств;
перемещение технологического оборудования, перестановка различных
видов внутрицехового транспорта и передаточных устройств. Дополни-
тельные нагрузки в случае производственной необходимости могут быть
допущены только по согласованию с генеральными проектировщиком;
б) превышение проектной нагрузки от кранового оборудования;
в) превышение проектной нагрузки на полы, перекрытия, антресо-
ли, переходы и площадки. На хорошо просматриваемых элементах
конструкций следует сделать и постоянно сохранять надписи, указыва-
ющие на величины предельно допустимых нагрузок по каждой зоне;
г) скопление снега или пыли на кровлях слоем, равным или превы-
шающим по весовым показателям проектную нормативную нагрузку.
При уборке кровли снег или мусор следует счищать равномерно с обо-
их скатов кровли, не собирая в кучу;
д) дополнительное воздействие на несущие конструкции от времен-
ных нагрузок, устройств или механизмов (в том числе талей) при про-
изводстве строительных и монтажных работ в действующих цехах без
согласования с генеральным проектировщиком;
е) превышение допускаемых скоростей передвижения внутрицехо-
вого транспорта и резкое его торможение (об этом должны быть преду-
преждающие надписи в цехах и на территории предприятия);
ж) складирование материалов, изделий или других грузов, а также
навал грунта при производстве земляных работ, вызывающие боковое
давление на стены, перегородки, колонны или другие строительные
конструкции, без согласования с генеральным проектировщиком;
з) использование конструктивных элементов зданий в качестве яко-
рей, оттяжек, упоров.
В заключение следует еще раз подчеркнуть, что наиболее сложной и
в то же время главной задачей технического обслуживания здания яв-
ляется не просто выполнение задач по содержанию конструкций, но и
постоянный анализ причин и последствий, принятие обоснованных
мер по их устранению методами текущего и капитального ремонта.
4.3. ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ТЕКУЩЕГО
РЕМОНТА, ПРЕДУПРЕЖДАЮЩИЕ ОТКАЗЫ КОНСТРУКЦИЙ
Надежное функционирование здания может быть достигнуто путем
проведения профилактических мероприятий на стадии текущего ре-
126
монта. За счет предупреждения отказов конструкций удается продлить
межремонтные периоды и повысить экономичность эксплуатации.
Такое положение представляется очень важным. Поэтому, на наш
взгляд, целесообразно проиллюстрировать его примерами, относящими-
ся к одному конструктивному элементу. При этом следует подчеркнуть,
что только совокупность всех необходимых мероприятий в действитель-
ности обеспечивает эффективность и рациональное расходование ре-
сурсов при одновременно достигаемом минимальном ущербе объекту в
процессе эксплуатации.
Рассмотрим мероприятия, предупреждающие отказы конструкций
стальных и рулонных кровель.
Как известно, эксплуатационная надежность зданий в значительной
степени зависит от сохранности верхней, ограждающей, конструк-
ции — крыши или покрытия, находящегося в особенно сложных усло-
виях эксплуатации (переменные температурные воздействия, перегрев
и обледенение, ультрафиолетовые лучи, атмосферные воздействия и
т. п.). В непосредственный контакт с этими воздействиями вступает
водоизоляционное покрытие, или кровля из листовых и штучных мате-
риалов, а также водоотводящие устройства (воронки наружных и внут-
ренних водостоков, направляющие желоба, трубы). Наибольшее рас-
пространение на зданиях, построенных в последние 50 лет, составляют
рулонные кровли в виде многослойных ковров из двух-четырех слоев
толя и рубероида. Все еще значительный вес приходится на кровли из
черной или оцинкованной стали, которые покрывают крыши многих
зданий довоенной постройки. Рассмотрим методы повышения эксплу-
атационной надежности для этих двух наиболее распространенных ви-
дов кровель.
Для рулонных кровель весьма эффективным мероприятием по про-
длению срока их службы является окраска алюминиевой краской, что
обеспечивает надежную защиту от ультрафиолетовых воздействий в те-
чение 5 лет. По истечении этого срока алюминиевые защитные покры-
тия возобновляются. Метод, предложенный специалистами Академии
коммунального хозяйства и Главмосжилуправления, является неслож-
ным в осуществлении и весьма экономичным.
До нанесения краски должны быть выполнены все подготовитель-
ные работы, связанные с устранением дефектов в рулонном ковре и в
местах примыканий. Так, например, небольшие впадины и углубления
водоизоляционного ковра (глубиной до 10 мм) необходимо очистить от
загрязнений и пыли, выровнять поверхность кровли путем намазки
слоя кровельной мастики, подбираемой в соответствии с требованиями
главы СНиПа на производство работ по устройству кровель, после чего
на мастику наклеить два слоя рулонного материала.
Швы рубероидных заплат после наклейки следует тщательно прома-
зать слоем кровельной мастики шириной 70 мм.
127
При ремонте впадин, превышающих 10 мм по глубине, выравнива-
ние поверхности ковра следует производить после ремонта основания
кровли.
В случае сильной изношенности водоизоляционного ковра в местах
его примыканий к вертикальным поверхностям старый ковер надо уда-
лить, после чего произвести наклейку нового.
Защитная окраска кровель производится по слою бронированного
рубероида с чешуйчатой слюдяной и мелкопесчаной посыпкой или
окрашенного битумной мастикой, толщиной не более 2 мм. При этом
все слабодержащиеся слюдяные или песчаные посыпки должны быть
заранее удалены, так как они препятствуют надлежащему сцеплению
красочного покрытия с основанием.
Алюминиевая краска представляет собой суспензию алюминиевой
пудры марок ПАК-2 или ПАК-3 (ГОСТ 5494-71*) в битумном лаке
№ 177 (ГОСТ 5631-79) в соотношении 1 : 6,7 (по массе). В качестве
разбавителей применяют сольвент, ксилол, скипидар или уайт-спирит.
Приготовление краски путем смешивания компонентов производится
на объекте. Вязкость готовой к употреблению краски по вискозиметру
ВЗ-4 при температуре 18—23° С должна быть в пределах 26—30 сек.
Особенно эффективно ее нанесение за 2 раза механизированным спо-
собом: для зданий высотой до 27 м — с помощью окрасочной установ-
ки на базе автомашины, а при большей высоте — с помощью окрасоч-
ных агрегатов центрального действия «Стор».
Полное высыхание окрасочного слоя определяется отсутствием от-
лила при нажиме на него пальцами. Примерная продолжительность
высыхания окрасочного слоя при температуре 15—20° С около 24—38 ч.
Слой краски должен быть нанесен ровно, без пропусков и натеков, а
окрашенная поверхность должна быть гладкой, серебристого цвета.
Ориентировочный расход материалов на окраску 1 м2 поверхности
рубероидной кровли за 2 раза составляет: алюминиевой пудры —
35—40 г, лака — 270—300 г, растворителя — 30 г.
Наряду с традиционными методами ремонта рулонных кровель все
большее распространение находит разработанная Ростовским и
Санкт-Петербургским научно-исследовательскими институтами АКХ
им. К. Д. Памфилова технология, основанная на разогреве, разравни-
вании и уплотнении содержащихся в водоизоляционном ковре матери-
алов [42]. С помощью этой технологии успешно решаются задачи эко-
номии материалов и утилизации отходов при производстве кровельных
работ, так как монолитность и водонепроницаемость поврежденной
кровли восстанавливается без устройства дополнительных и замены су-
ществующих слоев.
Для применения указанной технологии потребовалось создание
специального оборудования, обеспечивающего щадящие режимы разо-
грева и уплотнения материалов водоизоляционного ковра, отличаю-
щихся слабой термической и механической стойкостью.
128
Рис. 4.1. Комплект оборудования «Поток»
Попытка применить для разогрева материалов водоизоляционного
ковра установки с использованием огневых горелок (по типу асфальто-
разогревателей) и инфракрасных излучателей оказалась бесперспектив-
ной.
Дело в том, что при воздействии открытого пламени и инфракрас-
ного излучения происходит резкое повышение температуры поверхно-
сти (до температуры, превышающей температуру вспышки битума,
приблизительно равную 340 °C) и более плавное, затухающее по глуби-
не, изменение температуры в нижних слоях кровли, так как рулонные
кровельные материалы имеют низкую теплопроводность — менее
0,25 ккал/(м-ч °С) — и тепло в конструкции кровли медленно распро-
страняется в глубину.
Для осуществления щадящего режима разогрева материалов в водо-
изоляционном ковре предложено использовать более надежные и эко-
номичные разогреватели с кондуктивным переносом тепла, обеспечи-
вающие плотный контакт греющей поверхности даже с неровной
поверхностью ремонтируемой кровли.
Для проведения ремонтных работ по указанной технологии в Рос-
товском НИИ АКХ им. К. Д. Панфилова разработан комплект специа-
льного и сравнительно недорогого оборудования «ПОТОК» (перенос-
ное оборудование для термомеханической обработки кровель). В него
входят (рис. 4.1) два гибких поверхностных электронагревателя 1
(ГПЭН), прикаточное устройство 3, понижающий разделительный
трансформатор 2 и соединительные провода 4.
ГПЭН предназначен для разогрева битумных материалов в рулон-
ных кровлях. Он содержит нижний греющий и верхний теплоизолиру-
ющий элементы. В конструкции ГПЭН использованы материалы, од-
9 Заказ № 788
129
5
6
2
4
Рис. 4.2. Функциональная схема гибкого поверхностного электронагревателя
1 — греющий элемент; 2 — теплоизолирующий элемент; .? — усилитель жесткости; 4 — ком-
пенсатор; 5 — ручка; 6 — деформационный шов; 7 — светоотражающий и теплопроводный
слой; 8 — теплоизоляционный слой; 9 — электронагреватель из углеродной (токопроводящей)
ткани; 10 — теплоаккумулирующий слой; // — оболочка греющего элемента; 12 — оболочка
теплоизолирующего элемента
повременно обладающие несколькими специальными свойствами,
такими как нагревостойкость, гибкость при любой температуре наруж-
ного воздуха, непроницаемость для воды и нефтепродуктов, отсутствие
адгезии и химическая стойкость к последним. В качестве электронаг-
ревателя в ГПЭН применена токопроводящая техническая ткань из уг-
леродного волокна. Удельная электрическая мощность ГПЭН состав-
ляет 3,5 кВт/м2, температура греющей поверхности 180—270° С.
Функциональная схема ГПЭН показана на рис. 4.2.
Прикаточное устройство (рис. 4.3) состоит из рамы с ручкой и двух
параллельно установленных на ней роликов, один из которых цилинд-
рической формы, а другой веретенообразный. Главным достоинством
этого прикаточного устройства является создаваемое им давление при-
катки до 0,5 МПа.
Специально сконструированный понижающий разделительный транс-
форматор обеспечивает электропитание одного или двух ГПЭН. Масса
трансформатора не более 55 кг. В качестве понижающего разделитель-
ного трансформатора можно также использовать серийно выпускае-
мый отечественной промышленностью сварочный трансформатор
ТДМ-401.
130
5
Рис. 4.3. Прикаточное устройство
/ — рама; 2 — рукоятка; 3 — бочкообразный валик; 4 — веретенообразный валик;
5 — тормоз; 6 — ось
В настоящее время усовершенствованный гибкий поверхностный
электронагреватель успешно прошел испытания в пожарно-техниче-
ской лаборатории. Налажен выпуск ГПЭН, прикаточных устройств и
трансформаторов для предприятий, занимающихся капитальным и те-
кущим ремонтом зданий.
Новую технологию и оборудование успешно осваивают ремонт-
но-строительные предприятия во многих регионах России — от Крас-
нодара до Воркуты, от Пскова до Камчатки. Только в г. Росто-
ве-на-Дону и в Ростовской области с помощью этой технологии уже
отремонтировано более 100 тыс. м2 рулонных кровель, в том числе на
жилых домах и других объектах городского хозяйства.
Основные характеристики комплекта оборудования «ПОТОК»
Максимальная температура греющей поверхности ГПЭН • •
Расход электроэнергии на I м2 кровли..................
Потребляемая мощность.................................
Производительность ...................................
Общая масса оборудования..............................
Численность обслуживающего персонала..................
270” С
Не более 1,0 кВт ч
Не более 8 кВт
50—100 м2 отремонтиро-
ванной кровли в смену*
135 кг
2 чел.
*3ависит от погодных условий, влияющих на продолжительность разогрева водоизо-
ляционного ковра (рис. 4.4).
Для регламентации производства работ по новой технологии разра-
ботан комплект нормативно-технологической документации, состоя-
щий из технологической карты, технологического регламента, времен-
131
+30
+20 -
+10
0 -
-10
\ Vr2
8
Продолжительность разогрева, мин
18
-20
Рис. 4.4. Изменение продолжительности разогрева водоизоляциопного ковра
в зависимости от погодных условий
1 — разогрев при скорости ветра 1 м/с; 2 — то же, при 10 м/с
ных норм затрат труда, руководства по эксплуатации оборудования
и др.
Одновременно продолжается научно-исследовательская работа по
повышению производительности и надежности оборудования. Разра-
ботано несколько модификаций ГПЭН, учитывающих особенности ре-
монтируемых кровель и климатические условия региона, где может
применяться оборудование. Расчеты показывают, что удельные затраты
на приобретение и амортизацию оборудования составляют 2—3 руб. на
1 м2 отремонтированной кровли. Затраты труда на ремонт в среднем
сокращаются в 3 раза, а на приобретение материалов — в 10—50 раз
или вообще исключаются. Таким образом, можно сделать вывод, что в
настоящее время это самая экономичная технология ремонта рулон-
ных кровель. К тому же она не только обеспечивает устранение дефек-
тов и повреждений кровель, но и существенно повышает их надеж-
ность, что не менее важно и для ремонтников и для владельцев зданий.
Внешний вид многослойных рулонных и мастичных кровель часто
бывает обманчив. Под прекрасно выполненным верхним слоем могут
скрываться многочисленные дефекты и повреждения внутренних слоев
кровли. И, наоборот, под поврежденным верхним слоем нередко ока-
зывается достаточно надежный монолитный водоизоляционный ковер.
К наиболее распространенным из трудновыявляемых дефектов и по-
вреждений многослойной кровли можно отнести расслоение водоизо-
ляционного ковра, недостаточное количество в нем слоев, нарушение
герметичности (наличие очень мелких трещин и свищей). Эти дефекты
и повреждения сами по себе могут не приводить к протечкам кровли,
но со временем, как показывает практика, обязательно проявят себя в
виде вздутий и разрывов водоизоляционного ковра.
До недавнего времени обнаруживать указанные дефекты и повреж-
дения было невозможно без предварительного вскрытия ковра. Поэто-
му большая часть многослойных кровель эксплуатировалась, изначаль-
132
но имея скрытые дефекты и //
повреждения, из-за чего довольно /Л
быстро изнашивалась и разруша- // \ -
лась. Знать же фактическое состоя- //
ние многослойной кровли на любой 2 4 1 /
стадии ее эксплуатации очень важно А у/\х
для того, чтобы вовремя принять \ хк
меры не только по устранению са- 'аА
мих дефектов и повреждений, но и
причин их появления.
Специально для обнаружения
скрытых дефектов и повреждений А\_з
Ростовским и Санкт-Петербургским
научно-исследовательскими инсти- рис 45 Дефектоскоп для многослой-
тутами АКХ им. К. Д. Памфилова пых рулонных кровель
создан дефектоскоп, принцип рабо-
ты которого основан на выявлении косвенных признаков — скоплений
влаги, обычно образующихся в толще многослойной кровли в местах
указанных дефектов и повреждений [42].
Применение дефектоскопа особенно эффективно при проверке тол-
щины вновь устраиваемых многослойных кровель когда, например, не-
обходимо убедиться в наличии всех предусмотренных проектом слоев
(основного и дополнительного) водоизоляционного ковра. Дело в том,
что дефектоскоп достаточно хорошо «чувствует» под трех-четырехслой-
ным ковром стяжку из цементного раствора и бетон плит покрытий,
применяемых в качестве основания кровли, и сигнализирует об их
близости.
Дефектоскоп (рис. 4.5) состоит из корпуса 7, к нижней поверхности
которого прикреплен датчик 2 из двух пластин конденсатора 3, развер-
нутых в одной плоскости и покрытых защитным слоем, а также источ-
ника питания, генератора высокой частоты и стрелочного прибора 4,
размещенных внутри корпуса. Для удобства работы дефектоскоп снаб-
жен удлиненной ручкой 5 с контактной кнопкой на конце.
Масса дефектоскопа с ручкой составляет всего 1,1 кг. Его питание
осуществляется от батарейки или аккумулятора напряжением 9 В. Де-
фектоскоп позволяет обнаруживать даже небольшие скопления воды
(до 5 г на 1 дм2) на глубине до 50 мм.
Порядок работы с дефектоскопом следующий. На поверхности об-
следуемой кровли размечают контрольные точки с шагом 0,5—3,0 м.
В каждой контрольной точке поочередно устанавливают дефектоскоп и
снимают показания стрелочного прибора, которые записывают в виде
матрицы в журнал результатов обследования кровли.
Далее с помощью разработанной РНИИ АКХ компьютерной про-
граммы «Картограф» по результатам обследования кровли строится
133
40400
7
Рис. 4.6. План кровли жилого дома с картограммой водонасышения
полноцветная картограмма водонасышения водоизоляционного ковра,
на которой места скопления влаги в толще ковра и в основании под
ним автоматически выделяются оттенками синего цвета (рис. 4.6).
Впрочем, пользователь программы «Картограф» может по своему
усмотрению изменять цвет и тип заливки картограммы, а также ото-
бражение контрольных точек и изолиний.
Программа «Картограф» дает возможность определять суммарную
площадь всех участков кровли с дефектами и повреждениями, объем
работ и трудоемкость необходимого ремонта, а также потребность в
кровельных материалах.
Применение дефектоскопа и программы «Картограф» позволяет:
— своевременно выявлять дефекты, допущенные при устройстве
новых и ремонте старых кровель, принимать меры по устранению бра-
ка за счет виновных;
— значительно уменьшать объемы работ по текущему ремонту кро-
вель, так как бригаде кровельщиков выдается конкретное наряд-зада-
ние с точным указанием мест необходимого локального ремонта;
— существенно упорядочить учет технического состояния кровель
любого количества обслуживаемых зданий;
— объективно сравнивать эффективность применяемых кровельных
материалов и технологий, выбирать из них наиболее надежные.
В целом применение дефектоскопа и программы «Картограф» будет
способствовать повышению надежности многослойных кровель и со-
кращению затрат на их обслуживание и ремонт.
Для стальных кровель эффективным мероприятием, повышающим
эксплуатационную надежность конструкции, являются:
— обеспечение нормального тепловлажностного режима в чердач-
ных помещениях за счет сквозного проветривания и установки вытя-
жек в коньковой зоне;
134
— дополнительная защита (окраска) кровель со стороны чердака,
где одного грунтового слоя олифы недостаточно;
— мероприятия по предотвращению обледенения карнизных водо-
отводящих желобов и водосточных воронок;
— окраска оцинкованных кровель, которые через 5—6 лет после
устройства начинают корродировать, с целью предотвращения их даль-
нейшей коррозии;
— применение тиоколовых герметиков вместо суриковой замазки
на олифе для заделки фальцевых соединений кровельных листов в зо-
нах, где наблюдается скопление воды, снега и льда.
Технология ремонтных работ по защите стальных кровель, разрабо-
танная СПб НИИ АКХ, предусматривает применение тиоколовых герме-
тиков марок ТМ-05 и АМ-05, состоящих из двух компонентов — тиоко-
ловой пасты (Т-05 для герметика ТМ-05 и А-05 для АМ-05) и
отверждающей пасты № 30 (отвердителя). Отвердитель вводится в тиоко-
ловую пасту строго по массе: 17 мае. ч. отвердителя на 100 мае. ч. пасты.
До герметизации проводят подготовительные работы по очистке
кровель от ржавчины, пыли, грязи и старой суриковой замазки. Герме-
тик наносится шпателем и высыхает в течение 24 ч. На 1 м фальцевых
соединений расходуется 90—120 г, что в расчете на 1 м2 площади кров-
ли составляет 20—30 г. Герметик рекомендуется также для заделки сви-
щей и пробоин в кровле. Участки, промазанные тиоколовым гермети-
ком, не требуют дополнительной окраски. Однако при окраске всей
кровли эти участки можно окрашивать как масляными, так и синтети-
ческими красочными составами.
На заключительном этапе производят расчистку всей поверхности
кровли от непрочной старой краски и ржавчины и последующую окра-
ску. Кровли из черной листовой стали покрывают грунтом ГФ-020 за
один раз и окрашивают пентафталевыми, хлоркаучуковыми эмалями
или перхлорвиниловыми красками. Рекомендуемые варианты поли-
мерных покрытий приведены в табл. 4.1. Кровли из оцинкованной ста-
ли грунтуют фосфатирующим поливинилбутиральным грунтом ВЛ-02
за один раз, после чего окрашивают перхлорвиниловыми эмалями
ПХВ-26, ХВ-124 и ХВ-125, хлоркаучуковой эмалью КЧ-749 или перх-
лорвиниловой краской на алюминиевой пудре.
Обледенение крыш наносит большой ущерб, так как, препятствуя
стоку талой воды, оно служит причиной протечек через соединитель-
ные швы и стыки между их элементами. Заполненные льдом водоотво-
дящие устройства перестают функционировать, а водоотвод становится
неорганизованным. В результате увлажняются и загрязняются фасады,
разрушаются желоба и водосточные трубы, карнизные свесы и окры-
тия. При удалении льда ломами и металлическими лопатами поврежда-
ются кровли.
С целью устранения таких дефектов и снижения ущерба в институте
СПб НИИ АКХ разработаны и предложены антиобледенительные по-
135
Составы полимерных покрытий
________Применяемые материалы
Примечание. Расход эмалей и красок при двукратном нанесении, г/м2, составляет: перхлорвиниловые эмали ПХВ-26 и
ХВ-124 — 300-400; перхлорвиниловая эмаль ХВ-125 — 250-300; хлоркаучуковая эмаль КЧ-749 — 200-250; перхлорвиниловая краска
на алюминиевой пудре — 160-200.
136
крытия. Они представляют собой комплексную систему, состоящую из
верхнего гидрофобного слоя на основе гидрофобизуюшей жидкости
136-41 (ГКЖ-94) и нижнего антикоррозионного слоя на основе эпок-
сидной грунт-шпатлевки ЭП-00-10 или эпоксидной эмали ЭП-51-62.
Наличие активных групп в нижнем слое покрытия обеспечивает ори-
ентацию молекул гидрофобизатора гидрофобными радикалами наружу и
фиксацию этого положения благодаря взаимодействию между соприка-
сающимися слоями. В результате образуется устойчивое покрытие с вы-
сокими гидрофобными и антиобледенительными свойствами.
Такие покрытия уменьшают сцепление льда с поверхностью кровли
примерно в 5—10 раз. Одновременно замедляется процесс образования
льда, и на участках, обработанных такими составами, нарастание тол-
щины ледяного слоя происходит медленнее, чем на необработанных
участках. Это приводит к тому, что количество необходимых расчисток
в течение зимнего периода сокращается примерно в 2 раза.
В зависимости от условий применения разработаны три вида по-
крытий.
Тип 1. Двухслойное покрытие на основе эпоксидной эмали и крем-
нийорганической жидкости:
— нижний слой — из эпоксидной эмали ЭП-51-62 с отвердителем
полиэтиленполиамином;
— верхний слой — из 100%-ной (товарной) ГКЖ-94 с отвердителем
полиэтиленполиамином.
Тип 2. Двухслойное покрытие на основе эпоксидных грунт-шпат-
левки и кремнийорганической жидкости:
— нижний слой — из эпоксидной грунт-шпатлевки ЭП-00-10 с от-
вердителем полиэтиленполиамином;
— верхний слой — из 100%-ной (товарной) кремнийорганической
жидкости ГКЖ-94 с отвердителем АГМ-0.
Тип 3. Двухслойное покрытие на основе раствора кремнийорганиче-
ской жидкости: оба слоя — из раствора в уайт-спирите ГКЖ-94 с от-
вердителем АГЛМ-9.
Покрытия типов I, II, III (табл. 4.2) рекомендуются для кровель из
черной стали с масляной краской, покрытия типов II и III (в случае
грунтовки ВЛ-02) — для оцинкованной стали. В таблице приведены
ориентировочные показатели экономической эффективности по каж-
дому варианту.
4.4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЗДАНИЙ
Как уже отмечалось ранее, работоспособностью называется такое
состояние здания или сооружения, при которых они способны выпол-
нять заданные функции. Параметры этих функций регламентированы
строительными нормами и ГОСТами.
С начала эксплуатации в зданиях и его отдельных конструктивных
элементах происходят изменения разные по важности и степени про-
137
явления (нарушение комфортности жилья — для жилых зданий или
нарушение проектной технологии — для промышленных предприятий,
разрушение отдельных конструкций, которые в исключительных слу-
чаях приводят к авариям). Различным может быть подход к устране-
нию дефекта (быстрое устранение, невозможность исправления, лока-
льное устранение без учета влияния на смежные части зданий и т. п.).
И наконец, экономические соображения. Требования надежности и
экономичности находятся в известном противоречии: повышение на-
дежности строительных конструкций неизбежно связано с их удорожа-
нием, и наоборот, удешевление конструкций влечет за собой снижение
уровня надежности. В этой ситуации, как справедливо отмечает
А. Г. Ройтман, неизбежны компромиссные решения, которые лишь в
идеальном варианте могут привести к оптимальному соотношению
между стоимостью и надежностью.
В процессе эксплуатации происходит количественное и качествен-
ное накопление дефектов. Оставленные без внимания даже незначите-
льные дефекты могут привести к серьезным нарушениям целостности
конструкций. Надежная работа строительных конструкций возможна в
случае, когда во время эксплуатации по мере возникновения дефектов
принимаются эффективные меры по устранению или ограничению их
отрицательного влияния. Рассмотрим это положение на конкретных
примерах, преимущественно из опыта восстановления надежности
конструкций жилых зданий.
В трехслойных стеновых панелях крупнопанельных зданий отказ
одного из составляющих элементов может привести к отказу всей кон-
струкции, хотя остальные элементы продолжают нормально функцио-
нировать. Так, увлажнение утеплителя трехслойных панелей приводит
к отсыреванию и промерзанию стен, нарушению тепловлажностного
режима в помещениях, тогда как железобетонные элементы продолжа-
ют выполнять функции несущей части конструкции.
Теплотехнические свойства стеновых ограждений в значительной
степени снижаются за счет неудовлеторительного решения герметиза-
ции вертикальных и горизонтальных стыков между панелями, мест
примыканий балконных плит, периметра оконных заполнений. Запол-
нение полости стыка цементно-песчаным раствором только условно
может быть названо герметизацией. Низкая эксплуатационная надеж-
ность заполнения полости стыка, подверженного деформативным и
температурным деформациям, может привести к расстройству сопря-
жений, увеличению воздухопроницаемости, водопоглошения и про-
мерзания через неплотности в соединении. Дефекты особенно интен-
сивно проявляются на вертикальных и горизонтальных стыках верхних
этажей и прогрессируют во времени. Их появление чаше всего вызыва-
ется некачественным выполнением работ (отслоение герметика, тре-
щины в нем, несоблюдение толщины слоя герметика, незаполненность
стыка раствором, небрежная зачеканка, прокладка уплотнительных
жгутов и др.).
138
139
Рис. 4.7. Герметизация стыков панелей наружных стен серии lJlr-507
тиоколовыми герметиками, наносимыми по полимерной пленке
а — вертикальный стык; б — горизонтальный стык; / — тиоколовая мастика, 2,5 мм;
2 — полиэтиленовая пленка; 3 — стеновая наружная панель
Первые технологические карты по утеплению стен и перегерметиза-
ции стыков были разработаны ЛНИИ АКХ для основных серий массо-
вого строительства в Ленинграде и городах РСФСР. В дальнейшем
были предложены рекомендации по устранению дефекта для всех се-
рий построенных полносборных домов с учетом специфических конст-
руктивных и местных природных условий. Работа проводилась ЛНИИ
АКХ, АКХ, УНИИ АКХ, МосжилНИИпроектом, НИКТИ СХ МЖКХ
УССР, БелКТиГХ, МНИИТЭП, Ленжилпроектом и другими организа-
циями. В общем виде технология предусматривает подготовительные
работы (расчистка шва от старого материала и от рыхлого раствора,
продувка поверхности, просушка полости стыка) и основные, заключа-
ющиеся в устройстве новой заделки полости и устья стыка. В зависи-
мости от конфигурации стыка, номенклатуры герметизирующих мате-
риалов и условий эксплуатации (строительно-климатические зоны),
разработаны и вариантные решения. Перспективной оказалась ориен-
тация на тиоколовые герметики «Бутепрол» и «Герлен».
Имеются предложения, не требующие расчистки устья стыка от це-
ментно-песчаного раствора (рис. 4.7). В этом случае работы по герме-
тизации предусматривают наклейку полимерной ленты на стыки, по-
верх которой наносится тиоколовый герметик в виде пленки толщиной
2—2,5 мм. В качестве полимерной ленты рекомендуются поливинилх-
лоридные или полиэтиленовые пленки, не имеющие сцепления с гер-
метиком. По ширине лента должна перекрывать стык и заходить края-
ми на бетонные фаски панели на 15 мм с каждой стороны. В результате
этого образуются эластичные стыки, на сохранность которых не влия-
ют нарушения целостности цементно-песчаного раствора.
Одновременно решались вопросы герметизации мест примыканий
балконных плит и оконных коробок к наружным стеновым панелям.
Разработанные методы предусматривали расчистку и просушку стыков
140
с последующей их заделкой гидрофобным цементно-песчаным раство-
ром и герметиком (в зоне сопряжений балконов), а также уплотнитель-
ным жгутом и мастикой (в зоне примыканий оконных коробок к пане-
лям). Для предохранения наружных стен от переувлажнения следует
наносить гидрофобные покрытия на основе бесцветных кремнийогра-
нических жидкостей типа ГКЖ-10, ГКЖ-11 или ГКЖ-94. Образуемый
водоотталкивающий нерастворимый слой в течение 5—6 лет сохраняет
водозащитную способность, не изменяет внешнего вида фасада и не
препятствует нормальному воздухообмену в силу своей паропроницае-
мости. В этом случае уменьшается загрязняемость фасадов, что поло-
жительно сказывается на техническом обслуживании зданий.
Начиная с 1980—1990-х годов прошлого века считается целесообраз-
ным и экономически обоснованным комплексное решение проблемы
повышения теплотехнических свойств ограждающих конструкций. Это
обусловлено ужесточением норм в связи с выходом новой редакции
СНиП П-3-79* «Строительная теплотехника». Повышенные требова-
ния к термическому сопротивлению наружных стен предопределили
применение новых конструктивных решений и систем наружной теп-
лоизоляции зданий.
Самым перспективным в направлении реконструкции существующих
фасадов панельных зданий является устройство на коротких металличе-
ских выступах-консолях дополнительной конструкции для утепления
стен (повышения теплозащитных качеств), обеспечение нормального
тепловлажностного режима (вентилируемая прослойка около утеплите-
ля) и повышение презентабельности фасада (за счет отделки его листо-
выми материалами различной цветовой гаммы и варьирования форма-
тов листового материала).
Монтаж металлических элементов начинается с определения с по-
мощью нити (отвеса) вертикальности и горизонтальности существую-
щей плоскости фасада. Это позволяет не только установить длины
консольных профилей до направляющего несущего профиля, но и при
необходимости исправить (скрыть) дефекты фасада. Затем на пересече-
нии нитей в профилях просверливают отверстия. В них вкручиваются
болты, в перо зажима вставляются уголки несущего профиля. Заклю-
чительная операция — закрепление несущего профиля заклепками или
специальными винтами. Смонтированный каркас имеет пазы-направ-
ляющие, в которые заводятся облицовочные плиты. Размеры, фактуру
и цвет плит определяют дизайнер и архитектор (рис. 4.8).
Возможное расстояние между существующей стеной и возводимой
конструкцией — до 300 мм. В этом случае толщина теплоизоляции (на-
пример, твердой минеральной ваты) не должна превышать 280 мм. Раз-
ница 20 мм и определяет ширину щелевого вентилируемого продуха.
На практике толщина теплоизоляционного слоя определяется на осно-
ве комплексного теплофизического расчета ограждения.
Навесные вентилируемые фасады выполняются из фиброцемент-
ных, кальциесиликатных, алюминиевых плит, а также из элементов в
141
Рис. 4.8. Схема конструктивного решения вентилируемого утепленного фасада
/— существующая стена; 2— элементы крепежа; 3 — дополнительная теплоизоляция; 4 — об-
лицовочные плиты реконструируемого фасада
виде стальных кассет (из тонколистовой оцинкованной стали с поли-
мерным покрытием), т. е. из ударопрочных, водонепроницаемых и ат-
мосферостойких материалов. Применение теплоизоляционных матери-
алов между отделочными плитами и прежней поверхностью фасада
позволяет повысить теплозащитные качества ограждений до современ-
ных нормативных значений.
С экономической точки зрения — это единственно правильная теп-
лозащита, при которой существенно снижаются затраты топлива на
обогрев здания и соответственно квартирные расходы жильцов. В свя-
зи с выходом указанного СНиПа, ужесточившего требования к тепло-
защите ограждающих конструкций, такое решение фасадов будет при-
меняться все чаще.
Как отмечалось выше, оставленные без внимания дефекты могут
привести к серьезным нарушениям целостности конструкций. Весьма ха-
рактерным примером являются выявившиеся в процессе эксплуатации
жилых зданий серий П-35, П-32 и К-7-24 сверхнормативные прогибы
(более 1/100 пролета) перекрытий из вибропрокатных ребристых плит.
Вследствие провисания потолков возникает опасность коррозии армату-
ры в результате раскрытия весьма большого количества трещин в бетоне.
Кроме того, провисшие трещиноватые потолки ухудшают внешний
вид помещения и повышают звукопроницаемость перекрытий. Усиление
конструкций с подведением балочных конструкций и опор приводило к
уменьшению и без того недостаточной высоты помещений, ухудшало об-
142
Рис. 4.9. Конструктивное решение по усилению вибропрокатных плит СН
методом натяжения дополнительной арматуры на бетон
/— анкер для арматуры: 2— дополнительная арматура усилени; 3— штукатурная сетка: 4 —
поперечные стержни-коротыши; 5— штукатурный слой
ший вид жилища. Академией коммунального хозяйства совместно с
ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко был предложен оригинальный и, как ока-
залось, весьма эффективный способ устранения такого дефекта.
Способ ликвидации недопустимых прогибов и усиления вибропро-
катных ребристых железобетонных плит предусматривает установку и
натяжение дополнительной арматуры, укладываемой снизу плиты в ее
рабочем пролете (рис. 4.9).
Для обеспечения возможности натяжения арматуры на ребра плит
снизу в пробиваемом отверстии устанавливаются специальные анкеры
с пластиной и шайбами, которые затем заделываются раствором. Арма-
турные стержни диаметром 8—12 мм из стали класса A-I, имеющие с
обоих концов нарезку, заводятся в отверстия упоров, пропускаются че-
рез анкеры и завинчиваются гайкой. Затем производится монтажное
натяжение арматурных стержней с усилием 20-30 Н/см2 (5-6 оборотов
гаечного ключа после прижатия гайки к упору), которое должно вы-
полняться по окончании твердения раствора, уложенного после задел-
ки анкеров. Далее для подвески штукатурной сетки в плите молотком
пробиваются отверстия: диаметр отверстий 5—10 мм, шаг отверстий
250—300 мм. Штукатурная сетка крепится с помощью проволочных
подвесок к плите, после этого устраивается отделочный слой. По
увлажненной поверхности осуществляется набрызг штукатурного рас-
твора в виде маяков, а затем с помощью растворонасоса оштукатурива-
ние всей поверхности и ее затирка. Экспериментально доказано, что
при выполнении этих мероприятий происходит обратный выгиб кон-
струкции до нормативного значения, повышается ее жесткость.
143
Уязвимым местом в крупнопанельных домах серии 1-335 является
узел опирания настилов перекрытий на металлический опорный сто-
лик (часть стеновой панели). В зависимости от степени повреждения
таких опорных узлов в целом по объекту могут быть приняты проект-
ные решения, обеспечивающие либо полную разгрузку всех опорных
столиков посредством устройства пристенных колонн, либо изменение
конструкции отдельных опор, обеспечивающих их дальнейшую эксп-
луатацию.
Вариант 1. Устройство пристенных колонн из монолитного железо-
бетона. Предлагаемый вариант наиболее прост в производстве и обес-
печивает надежность примыкания к существующим конструкциям.
Монолитные железобетонные фундаменты под такие колонны ра-
ботают совместно с существующими фундаментами наружных стен
здания. Это достигается тем, что в пробиваемые в стенах подвала от-
верстия заводятся отдельные стержни каркасов колонн и после бетони-
рования образуется единая жесткая система, объединяющая проекти-
руемый и существующий фундаменты.
Пристенные колонны сечением 300 х 300 мм длиной 2350 мм вы-
полняются из монолитного бетона класса В 15.
Вариант 2. Установка пристенных колонн из сборного железобето-
на. Такое решение предусматривает уширение и усиление существую-
щего фундамента, монтаж сборных элементов, образующих пристен-
ную колонну (один элемент — в подполье, два элемента — в пределах
этажа), которые соединяются на сварке. Под каждую колонну на от-
метке перекрытия устраивается цементно-песчаная подушка размером
30 х 30 см, армированная сеткой.
Существует и разновидность рассмотренного варианта 2: сборные
железобетонные элементы заменяются на металлические колонны, ко-
торые крепятся болтами в стыке наружных стеновых панелей к стено-
вой конструкции. Несмотря на кажущуюся простоту сборки, слабым
местом этого решения оказывается передача отрицательных темпера-
тур через болтовые соединения, что приводит к образованию конден-
сата и сырости.
В случаях, когда повреждены отдельные опорные столики и их не-
обходимо усилить или заменить, предлагается следующее решение.
Вариант 3. Усиление существующего опорного столика путем под-
вески прогона к вышележащей стеновой панели.
Подвеску существующего прогона начинают с приклейки несущих
железобетонных накладок размером 450 х 600 х 100 к ребрам вышеле-
жащих смежных панелей. К последним через опорноприжимной уго-
лок приваривается подвеска из арматурной стали, охватывающая под-
вешиваемый прогон снизу.
Опыт эксплуатации совмещенных невентилируемых крыш постро-
ечного изготовления выявил чрезвычайно низкую ремонтопригодность
этой конструкции, поскольку она недоступна для осмотров. Во многих
144
температурно-климатических районах страны при монтаже такой кры-
ши неизбежно замачивание утеплителя, что впоследствии приводит к
его усадке, утрате теплозащитных свойств, промерзанию. Конструкции
запроектированы с уклоном Г практически не контролируемым и, сле-
довательно, неосуществимым. В итоге в большинстве случаев наруша-
ется принцип отвода воды, появляются обратные уклоны, которые
приводят к протечкам в местах примыканий к трубам, вентшахтам,
шахтам лифтов и т. п. Закупорка влаги в толше утеплителя приводит к
разрыву рулонных ковров и протечке через перекрытия верхнего этажа.
Ремонты рулонных ковров, высушивание утеплителя, оклейка мест
примыканий являются локальными и неэффективными мероприятия-
ми.
На основе исследований НИКТИ ГХ* совместно с СПб НИИ АКХ
установлено, что повысить надежность конструируемой крыши можно
путем устройства новых продухов в прежней конструкции, ремонтоп-
ригодность повышают путем переустройства ее в чердачную крышу.
Последнее положение подтверждается многолетним опытом замены
невентилируемых крыш чердачными шатрового типа, что санкциони-
ровано Госстроем УССР как обязательное мероприятие.
Во многих случаях повышение надежности конструкции, продление
срока службы за счет увеличения межремонтных циклов не требует ра-
дикальных мер, а может быть достигнуто путем осуществления незна-
чительных конструктивных мероприятий.
Так, например, износ стальных кровель можно снизить, обеспечи-
вая эффективную систему воздухообмена в чердачном помещении. Не-
редко полагают, что для воздухообмена достаточно слуховых окон.
Между тем, как показывают многочисленные обследования кровель
чердачных крыш, размещение вентиляционных отверстий в одном
уровне в подкарнизной части стены не позволяет использовать темпе-
ратурный напор, не обеспечивает должного проветривания под конь-
ком и в пристенной зоне, где образуются зоны застойного воздуха.
Конструктивно легко осуществимые мероприятия, заключающиеся
в устройстве вентиляционных продухов в коньке крыши, в карнизе или
подкарнизной части здания, при прочих равных условиях создают не-
обходимые предпосылки для увеличения сроков службы конструктив-
ных элементов крыши, ограждающих чердачное помещение и сантех-
нических устройств, размещенных на чердаке. Улучшение вентиляции
также снижает перегрев подкровельного пространства. Расчетами уста-
новлено, а практикой эксплуатации подтверждено, что приточные от-
верстия размером 0,25 х 0,25 м, располагаемые через 3 м, и вытяжные
шахты размером 0,55 х 0,66 м высотой не менее 0,5 м, установленные
через 5 м, обеспечивают в чердачном помещении необходимый возду-
• Работы выполнялись под руководством В. Г. Савченко-Бельского, А. А. Шилова,
А. И. Кострица, В. Г. Борисовой.
10 Заказ № 788
145
хообмен даже в холодный период (при отсутствии ветра). При этом
конденсации влаги на кровле (со стороны чердака) не происходит.
Точно также незначительное изменение системы водоотвода путем
устройства вторых водоотводящих желобов, расположенных выше по
скату, с воронками и патрубками, отводящими воду в стояки внутрен-
ней канализации, существенно предотвращает обледенение в карниз-
ной зоне и разрушение водоотводящих желобов и карнизных свесов.
Для здания нежилого назначения восстановление работоспособно-
сти означает приведение его в такое состояние, при котором здание
способно обеспечить изменившийся технологический режим эксплуа-
тации. Например, при капитальном ремонте производственного здания
Веерного депо на станции Санкт-Петербург—Московский, построен-
ного в 1856 г., первоначально предполагалось вывести здание из эксп-
луатации на весь срок производства работ, равный 6 месяцам. Это мог-
ло отрицательно сказаться на качестве и сроках ремонта тепловозов и
электровозов. Было принято решение производить ремонтные работы
по отдельным секциям здания. Демонтаж конструкций покрытия,
устройство поперечных стен и перегородок, монтаж ферм пролетом
20 м и плит покрытия производились последовательно на девяти участ-
ках здания. Это дало возможность эксплуатировать здание и оборудо-
вание практически без остановки технологического цикла. И хотя срок
производства работ при такой организации ремонта удлинился на два
месяца, убытки предприятия от остановки производства были минима-
льными.
Приведенные примеры свидетельствуют о имеющихся возможно-
стях повышения надежности конструкций зданий и необходимости бо-
лее полной реализации этих предложений на всех стадиях функциони-
рования объекта.
4.5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЗДАНИЙ
Учет на стадии проектирования новых зданий эксплуатационных
требований позволит обеспечить длительную сохранность основных
конструкций и инженерного оборудования в исправном состоянии,
снизить стоимость и трудоемкость ремонтных работ. Поэтому в насто-
ящее время большое распространение получают исследования эксплуа-
тационных качеств зданий новых серий на отдельных домах-предста-
вителях. Цель таких исследований — дать рекомендации по
повышению ремонтопригодности и безотказности исследуемых объек-
тов для обеспечения необходимой эксплуатационной надежности пол-
носборных домов новых серий.
146
В качестве примера рассмотрим подробно результаты исследований
эксплуатационных качеств жилого дома новой серии Э-124-3, постро-
енного в г. Вологде по проекту ЦНИИИЭПжилиша*.
Жилые дома серии Э-124 запроектированы из блок-комнат, собира-
емых из монолитных объемных элементов типа «колпак», установлен-
ных на ребристую плиту пола.
При хорошо налаженном заводском производстве изделий такой
вид строительства может резко сократить сроки возведения жилых до-
мов, повысить их качество, снизить стоимость. Процесс строительства
жилых домов этой серии приближается к поточному, высоко индустри-
альному, с перенесением выполнения основных объемов в заводские
условия.
Однако эффективность такого вида строительства домов реализует-
ся в полной мере только при высоком качестве проектных разработок,
применяемых материалов и конструкций, выполнения строитель-
но-монтажных работ.
Конструктивная схема дома серии Э-124 характеризуется узким ша-
гом (3,0 и 3,6 м) поперечных стен и шагом 5,4 и 6,6 м продольных стен,
а также основными конструктивными элементами типа объемных
блок-комнат максимальной заводской готовности.
Несущей конструкцией дома является жесткая система пространст-
венных монолитных блоков — «колпаков», соединяемых между собой
сваркой с помощью монтажных планок, закладных деталей в уровне
потолочной плиты «колпака» и в проемах.
Пространственная жесткость корпуса здания достигается за счет
стальных связей, соединяющих всю систему блоков в единый горизон-
тальный диск в плоскости потолков объемных блоков. В продольном
направлении блоки связываются металлическими накладками, прива-
риваемыми к специальным закладным деталям, заложенным в потолке
блоков. В поперечном направлении блоки соединяются при помощи
связей, установленных в дверных проемах, соединяющих соседние
блоки. Комплектация объемных блоков осуществляется на заводе.
Принятая в проекте концентрация кухонь и санузлов у лестничной
клетки (или у лифтовых холлов в 9-этажных домах) обеспечивает высо-
кую заводскую готовность выпускаемых изделий. Трубопроводы и вен-
тиляционные трубы в этом случае крепятся на заводе к соответствую-
щим «колпакам», а доступ к ним обеспечивается через специальные
проемы в стенах лестничного блока (или из лифтовых холлов). К объ-
емному блоку лестничной клетки крепятся также ствол мусоропровода
и стояк внутреннего водостока. Заводская отделка блока включает
оклейку стен моющимися обоями и влагостойкими пленками, покрас-
ку столярных изделий, покрытие пола жилых помещений «Тапифлек-
сом», а санузлов и лоджий — метлахской плиткой.
• Работа выполнена в ЛНИИ АКХ под руководством Д. Г. Богданова и
А. В. Дубицкого.
147
Оценивая в целом основные проектные решения строительно-кон-
структивной части домов этой серии, следует отметить детальную про-
работку большей части узлов и конструкций. Однако уже на этой ста-
дии выявились некоторые существенные недостатки проектных
решений, которые могут оказать негативное влияние на эксплуатаци-
онные качества дома. Ряд проектных решений следует признать вооб-
ще неудовлетворительными: устройство совмещенной крыши с непро-
ходным чердаком, с малым уклоном; выход на крышу через узкий лаз с
подъемом к нему по приставной лестнице-стремянке; устройство сис-
темы вентиляции с использованием металлических патрубков; приме-
нение оконных заполнений с переплетами без нормальных форточек
или фрамуг; отсутствие механизации мусороудаления из мусоросбор-
ных камер и др.
В процессе наблюдений за строительством дома серии Э-124 было
установлено следующее:
— сооружение зданий из объемных элементов требует более высо-
кого качества строительно-монтажных работ;
— эффективность объемно-блочного строительства снижается за
счет использования в проекте малоиндустриальных в осуществлении и
неудовлетворительных в эксплуатации конструктивных решений (кры-
ша с непроходным чердаком и выходом через люк, с будкой над лазом,
собираемым на объекте из мелких деталей);
— большая трудоемкость устройства входов в лестничные клетки и
подвал;
— особую сложность при монтаже дома вызывает обеспечение нор-
мативной воздухопроницаемости и гидроизоляции стыков, а также
других сопряжений наружных ограждений из-за несовершенства про-
ектных решений этих узлов и невысокого качества строительно-мон-
тажных работ;
— при строительстве дома почти невозможно обеспечить надежную
плотность и герметичность горизонтальных соединений вентиляцион-
ных блоков и подключение к ним вытяжных патрубков от кухонь, са-
нузлов, ванных комнат. Связано это с недостатками проектных реше-
ний данных узлов. Отсутствие герметичности в вентиляционных
стояках и местах подключений воздуховодов к ним приводит к неудов-
летворительной работе системы вентиляции в построенном доме.
Натурные визуально-инструментальные обследования эксперимен-
тального дома с целью изучения эксплуатационных показателей здания
осуществлялись в течение трех лет после его заселения в весенне-лет-
ний и осенне-зимний периоды каждого года. Обследовалось каждый
раз от 60 до 90% квартир. Причем, параллельно выборочно обследова-
ли и некоторые другие дома этой серии. Результаты показывают про-
грессирование дефектов во времени. Установлены также неудовлетво-
рительные теплозащитные качества отдельных участков наружных
148
стен, стыков панелей, мест примыканий к ним плит междуэтажных пе-
рекрытий и т. п.
Промерзание торцовых стен отмечено в 20% квартир, наружных
продольных стен — в 40% квартир, наружных углов — в 56% квартир,
стен над окнами — в 15% квартир; встречаются промерзания наружной
стены под окнами.
Появляющиеся в период дождей протечки через наружные углы от-
мечены в 13% квартир, через горизонтальные стыки панелей наружных
продольных стен — в 13% квартир, через притворы оконных и балкон-
ных заполнений — в 37% квартир. Это свидетельствует о неудовлетво-
рительном качестве герметизации.
Повышенная воздухопроницаемость стыков стеновых панелей (в
22% квартир) окон и балконных дверей (в 72% квартир) приводит к
резкому снижению температуры покрытия пола, ухудшает его теплоза-
щитные качества. Жалобы на низкую температуру полов отмечаются в
48% квартир и в 100% квартир, расположенных в первом этаже. В 87%
квартир линолеум плохо уложен на бетонном основании (вспучивает-
ся). Много жалоб на низкое качество столярных изделий (в 50% квар-
тир) и в том числе: перекос оконных и балконных блоков — в 15%
квартир, плохое крепление дверных коробок в 30% квартир, прогиб ан-
тресолей в 12% квартир и т. д.
Низки акустические параметры ограждающих конструкций: жалобы
на шум, проникающий через межквартирные перегородки отмечены в
75% квартир, через междуэтажные перекрытия — в 82% квартир, через
входные двери в квартиры — в 53% квартир.
Конструкции надподвальных, междуэтажных и чердачных перекры-
тий не удовлетворяют большинству эксплуатационных показателей для
данного вида конструкций: в 48% обследованных квартир имеются жа-
лобы на холодные полы, особенно в помещениях над лоджиями, в
86% — на вспучивание линолеума, в 82% — на недостаточную звукои-
золяцию; нередко отмечается продувание подпольного пространства
перекрытий и др. Инструментальные измерения в большинстве случаев
подтверждают наличие перечисленных недостатков.
Главный недостаток чердачного перекрытия состоит в отсутствии
проходного чердака, доступного для его осмотра, для контроля утепля-
ющего слоя и т. д. При отсутствии в конструкции чердачного перекры-
тия пароизоляционного слоя влага конденсата почти беспрепятственно
проникает в квартиры верхнего этажа.
Ликвидация этого дефекта невозможна из-за полной недоступности
чердака для выполнения каких-либо ремонтных работ.
В экспериментальном доме серии Э-124-3 максимальные значения
расчетных температурных перепадов на потолочной плите перекрытия
верхнего этажа в некоторых квартирах превышают в 3 раза норматив-
ную величину (равную 4° С), в зоне наружных углов перепады еще бо-
льше.
149
Предусмотренный проектом утепляющий слой толщиной 15 см из
пенополистирола, укладываемый непосредственно по бетонной пото-
лочной плите «колпака», неудовлетворителен, так как его невозможно
уложить без пропусков, особенно у стен и парапетов.
Проведенный анализ показывает, что наблюдается увеличение уде-
льных затрат на 1 м2 полезной площади по статьям «амортизационные
отчисления», «текущий ремонт, содержание обслуживающего персона-
ла, затраты на отопление».
Разница по статье «амортизационные отчисления» объясняется бо-
лее высокой сметной стоимостью дома серии Э-124-3. Приведенные
затраты по экспериментальному дому серии Э-124-3 оказались выше
на 51,8%, чем по дому-эталону. Значительное влияние на величину
приведенных затрат оказала более высокая сметная стоимость 1 м2 по-
лезной площади экспериментального дома, связанная с пока еще вы-
сокой стоимостью объемных блок-комнат, из которых монтируется
дом.
На основе выполненных обследований были сделаны предложения
по совершенствованию конструктивных элементов, узлов и деталей зда-
ния, инженерного оборудования, благоустройства, направленные на по-
вышение эксплуатационной надежности. Например, в конструктивном
разделе проекта «Рекомендации по строительно-конструктивным ре-
шениям» предлагается:
— навесные цокольные панели проектировать однослойными, исхо-
дя из местных реальных условий получения исходных материалов для
керамзитобетона необходимой марки и объемной массы; панели дол-
жны иметь достаточное термическое сопротивление; входы в лестнич-
ные клетки, мусоросборные камеры и техническое подполье (подвал)
предусматривать только из сборных деталей максимально возможных
укрупненных размеров с минимальным применением ручного труда
при устройстве этих конструктивных элементов дома;
— улучшить проектное решение по теплоизоляции надподвального
перекрытия с тем, чтобы теплоизолирующий материал плотно запол-
нял кессоны плиты и сверху имел гидроизолирующее покрытие, предо-
храняющее утеплитель от увлажнения атмосферными осадками в пери-
од строительства дома. Надо иметь в виду, что не всегда вода
полностью уходит через отверстия в плите кессона, а увлажненный
утеплитель просыхает самостоятельно длительное время;
— под канализационные трубы в подвале обязательно предусматри-
вать надежные опоры из готовых бетонных столбиков с устройством
под них надежного основания;
— при привязке проекта для строительства дома обращать особое
внимание на вопрос устройства дренажа вокруг дома и в подвале;
— во всех случаях в подвале предусматривать бетонные полы на
шлако-щебеночном основании с приямками для сбора и отвода воды,
мостики для перехода через трубы;
150
— повысить эффективность тепло- и парогидроизоляции чердачно-
го перекрытия, особенно при наличии крыши с непроходным черда-
ком;
— при устройстве основания под кровельный ковер швы между
плитами кровельного покрытия следует замоноличивать с предварите-
льным заведением в шов упругой прокладки или мастики на случай
значительных температурных деформаций покрытия;
— продолжить совершенствование конструкции и технологии про-
изводства объемных элементов здания с целью повышения заводской
готовности блок-комнат и их удешевления, а также снижения брака в
изделиях (трещины в потолке и стенах блока, отставание облицовоч-
ной литки со стен кухонь и ванных, нарушение фактурного слоя пане-
лей наружных стен);
— пересмотреть конструкцию утепляющей панели наружных стен,
запроектированную для Вологды однослойной, толщиной 30 см из ке-
рамзитобетона с массой у = 900 кг/м3. Существующая технология на
заводе ЖБК обеспечивает получение керамзитобетона с массой не ме-
нее 1200—1500 кг/м3;
— разработать вариант сборной индустриальной крыши с проход-
ным чердаком, полностью отказаться от крыши с непроходным черда-
ком как совершенно неремонтопригодной.
Необходимо отметить, что комплексные исследования эксплуатаци-
онных качеств жилых домов новых серий в последние годы стали про-
водиться постоянно на основе согласованных планов Госстроя России
и АКХ им. К. Д. Памфилова.
4.6. ОБЩИЙ ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЗДАНИЙ
Основными положениями, определяющими подход к оптимизации
системы технического обслуживания и ремонта зданий, являются сле-
дующие:
1. Полное соответствие Положений о планово-предупредительных
ремонтах зданий основным требованиям.
2. Максимизация эксплуатационного периода с целью уменьшения
вывода здания из эксплуатации.
3. Снижение трудоемкости капитального ремонта.
В качестве критерия оптимальности может быть принята прибыль
от эксплуатации здания. Выбор этого критерия, например, для про-
мышленных зданий определяется тем обстоятельством, что производ-
ственные здания как пассивная часть основных фондов предприятия
косвенным образом принимают участие в создании продукции пред-
приятия.
151
Годовая прибыль от эксплуатации здания Q, состоящего из т видов
основных конструкций, может быть вычислена из выражения [40]:
где q — доходы от эксплуатации здания в единицу времени; сэ — ежегодные эксплуата-
ционные расходы на техническое обслуживание; ср — удельные затраты па проведение
капитального ремонта; — продолжительность безотказной работы наименее падежных
основных конструкций здания, отказ которых приводит к необходимости вывода здания
из эксплуатации; Гм — средний межремонтный период; q- удельные затраты на текущий
ремонт здания; л — частота ремонтов здания из-за отказов наименее надежных конст-
руктивных элементов; = /бД — относительная продолжительность безотказной работы
У-x основных элементов здания; 7р — продолжительность капитального ремонта здания.
Поскольку в формуле (4.1) годовая прибыль Q является одной пере-
менной межремонтного периода, можно было бы для любого здания
методами исследования на экстремум найти значение оптимального
межремонтного периода, при котором значение Q максимально. Однако
многие составляющие (Тр, t6 и Тм) формулы (4.1) являются случайными
величинами. Поэтому нужны дальнейшие исследования, которые по-
зволили бы оптимизировать систему технического обслуживания и ре-
монта зданий. Авторами настоящей работы в дальнейшем материале
книги будут показаны пути решения этой проблемы. Причем критери-
ем оптимальности системы может быть не только прибыль от эксплуа-
тации здания, но и общее время его безотказной работы.
Глава 5
ОСНОВЫ
РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ЗДАНИЙ
5.1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
К ОЦЕНКЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ЗДАНИЙ
Взаимосвязь ремонтопригодности с безотказностью и долговечно-
стью зданий зависит в значительной степени от нормативных сроков
службы отдельных конструктивных элементов. Анализ практики эксп-
луатации и ремонтов зданий показывает, что время эксплуатации мож-
но разделить на три основных временных промежутка: так называемый
период «приработки» (2—3 года после ввода здания в эксплуатацию),
период нормальной эксплуатации и период интенсивного износа.
В первом периоде, когда происходит большое количество отказов
отдельных конструктивных элементов здания, ведущая роль принадле-
жит безотказности.
Во втором и третьем периодах наибольшее влияние на основные по-
казатели эксплуатационной надежности зданий оказывает ремонтоп-
ригодность. Необходимо отметить, что второй период составляет обыч-
но около 80% нормативного срока службы здания. Именно поэтому
проблема ремонтопригодности зданий является частью общегосударст-
венной проблемы качества и надежности.
Однако опыт эксплуатации и ремонта зданий пока мало учитывает-
ся при проектировании домов новых серий. В результате новые здания
оказываются недостаточно подготовленными к работам по поддержа-
нию исправности (техническому обслуживанию) и восстановлению ра-
ботоспособности отдельных конструктивных элементов (ремонту). Та-
ким образом, при проектировании вне поля зрения остается вопрос
ремонтопригодности как свойства здания, заключающегося в его при-
способленности к выполнению технического обслуживания и ремонта.
Это объясняется следующими обстоятельствами:
153
Рис, 5.1. Структурная схема здания
— отсутствием основных
эксплуатационных требований
к проектируемому зданию или
сооружению в форме количе-
ственных и качественных ха-
рактеристик;
— недооценкой руководст-
вом проектных организаций
важности ремонтопригодно-
сти;
— недостатком соответст-
вующих данных по практике
эксплуатации зданий и ин-
формации по затратам на
производство текущих и ка-
питальных ремонтов зданий.
С помощью усеченного
нормального распределения
(3.16) можно с достаточной
степенью точности опреде-
лить основные характеристи-
ки надежности эксплуатируемых зданий, а также сроки их службы. Од-
нако необходимо учитывать, что здание представляет собой сложную
систему неравнодолговечных элементов. Поэтому для анализа качества
функционирования этой системы необходимо задаваться семейством
моделей, каждая из которых должна отражать эксплуатационные ха-
рактеристики здания на различных этапах функционирования. Такое
иерархическое представление здания как системы даст возможность
расчленить общую задачу о ремонтопригодности на ряд последователь-
ных задач и назначать необходимый комплекс показателей для оценки
ремонтопригодности на всех уровнях системы.
На рис. 5.1 представлена структурная схема производственного зда-
ния, состоящая из пяти уровней. Как видно из этой схемы, первый
уровень характеризует здание в целом. Целевая функция ремонтопри-
годности на этом уровне — максимальная длительность эксплуатации.
Второй уровень подсистемы здания характеризует часть объекта —
секцию, этаж, пролет. Ремонтные работы на этом уровне чаще всего
связываются с ликвидацией морального износа здания, т. е. с реконст-
рукцией.
Третий уровень классифицируется по функциональному назначе-
нию в пределах подсистемы. Восстановление работоспособности кон-
струкций на этом уровне подсистемы связано с капитальным ремон-
том. Характерная особенность третьего уровня — невозможность
замены всех конструкций в процессе ремонта.
154
Четвертый уровень также классифицируется по эксплуатационным
признакам. Замена или ремонт ограждающих конструкций произво-
дится как при текущем, так и при капитальном ремонтах здания.
Пятый уровень определяет часть конструкции — элемент. Элементы
зданий ремонтируются либо заменяются. Работы, связанные с восста-
новлением элементов, относятся к текущему ремонту здания.
Как известно, эксплуатационные расходы по виду источника фи-
нансирования делятся на три основные группы: а) реновация (капита-
льный ремонт, модернизация здания); б) текущий ремонт; в) реконст-
рукция. Расходы на реновацию устанавливаются заранее для основных
типов производственных зданий и являются поэтому вполне опреде-
ленной величиной. Расходы на текущий ремонт покрываются за счет
оборотных средств предприятия и зависят в основном от долговечно-
сти конструктивных элементов здания и срока их службы. Расходы на
реконструкцию здания связаны с переустройством его на основании
требований технологий, т. е. связаны, главным образом, с ликвидацией
морального износа здания.
Таким образом, данная выше классификация производственного
здания как системы охватывает объект по «вертикали» с учетом слож-
ности производства работ.
В соответствии с таким методическим подходом к проблеме ремон-
топригодности зданий необходимо рассматривать влияние требований
системы более высокого порядка на состав показателей функциониро-
вания системы более низкого порядка. Таким образом, цель техниче-
ской эксплуатации объектов следующая: жилых зданий — обеспечение
потребности населения страны в жилье при минимальных затратах;
промышленных зданий — обеспечение потребностей промышленности
в зданиях и сооружениях, которые дают возможность осуществлять
функционирование технологических процессов при минимальных за-
тратах живого и овеществленного труда.
Под эксплуатационным периодом функционирования здания и со-
оружения Тэ понимается период времени, в течение которого объект
используется по прямому назначению. Этот период для жилых и про-
мышленных зданий определяется по формуле
Тэ = Г- (7р + Тп), (5.1)
где Т — срок службы здания; 7р — ремонтный период; Т„ — период переустройства (ре-
конструкции) здания.
При производстве ремонтных работ некоторых производственных
зданий технологический цикл предприятия не останавливается (ремон-
тные работы ведутся на отдельных участках, пролетах и этажах). Для
этого случая эксплуатационный период производственного здания
155
Тэ= т - тп.
(5.2)
Необходимо отметить, что эксплуатационный период является
основным периодом функционирования здания, он составляет 85—90%
от общего срока его службы.
Для отдельных жилых зданий технически достижимый эксплуатаци-
онный период может достигать 200, 250 лет и более. К таким зданиям
относятся памятники архитектуры и истории нашего государства. Не-
которые промышленные здания также могут иметь эксплуатационный
период 100, 150 лет и более. Однако необходимо подчеркнуть, что эти
данные относятся только к отдельным зданиям и сооружениям. Для
больших групп жилых и производственных зданий эксплутационный
период значительно ниже технически достижимого уровня их долго-
вечности.
Таким образом, повышение долговечности как конструктивных эле-
ментов, так и здания в целом имеет пределы, связанные с экономиче-
скими факторами, моральным старением зданий, многими техниче-
скими и другими причинами.
Основой правильной технической эксплуатации зданий, обеспечи-
вающей наибольшую безопасность функционирования их элементов,
является система планово-предупредительных ремонтов. По ГОСТ
18322-73 [5] под системой технического обслуживания и ремонта по-
дразумевается комплекс взаимосвязанных положений и норм, опреде-
ляющих организацию и порядок проведения работ по техническому
обслуживанию и ремонту строительных конструкций для заданных
условий эксплуатации с целью обеспечения показателей качества, пре-
дусмотренных в нормативной документации.
Эти общие требования применительно к продукции строительства
конкретизированы в нормах [8, 9, 10]. Нормы технической эксплуата-
ции зданий определяют:
— виды технического обслуживания и ремонта отдельных конструк-
ций и здания в целом;
— периодичность планово-предупредительных ремонтов;
— трудоемкость проведения текущих и капитальных ремонтов зда-
ний;
— продолжительность ремонтных работ;
— стоимость проведения ремонтов;
— основные технологические методы выполнения ремонтных работ
по текущим и капитальным ремонтам;
— организацию ремонтных работ;
— порядок снабжения материалами и изделиями для проведения
ремонтных работ и технического обслуживания;
— организацию управления системой, в том числе управления каче-
ством выполняемых ремонтно-строительных работ.
156
Рис. 5.2. График функции МО
Таким образом, приспособленность конструктивных элементов и
здания в целом к техническому обслуживанию и ремонту определяет
их эксплуатационную технологичность.
5.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАК СРЕДСТВО
ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
На обнаружение дефектов конструкций и их устранение затрачивает-
ся некоторое время, после чего эксплуатация элементов здания продол-
жается. Для характеристики надежности конструкций здания с учетом
восстановления целесообразно использовать статистический анализ
отказов и восстановлений этих элементов.
Рассмотрим сначала характеристики потока отказов. Так как здание
состоит из множества элементов, то поток отказов можно считать ор-
динарным без последствий [61]. Такой поток полностью определяется
заданием параметра Х(/). Обобщенный график функции л(/) представ-
лен на рис. 5.2. В начальный период эксплуатации здания, так называ-
емый период приработки, функция ?.(/) убывает, стремясь к некоторо-
му постоянному уровню А. При достижении этого уровня поток
отказов становится простейшим и сохраняется таким все время эксп-
луатации.
Рассмотрим общий случай, когда здание состоит из т групп по
«2, , «т элементов, имеющих интенсивности отказов АДО, А2(/), •••>
А „,(/). В этом случае для характеристики параметра потока отказов зда-
ния в целом имеет место уравнение
А(/) = н,А|(Г) + и2А2(/)+К + н„,А ,„(/), (5.3)
где X,(/) — параметр потока отказов, вызываемого работой одного элемента г-й группы.
157
Вместе с увеличением времени эксплуатации здания t величины
Х,(/) стремятся к постоянным X,, которые равны обратным значениям
средних сроков службы конструкций.
Пусть средние сроки службы отдельных элементов всех групп изве-
стны и равны Т\, Ti, Тт. Тогда из уравнения (5.3) получим, что па-
раметр /.(f) потока отказов всего здания имеет предел
X = л, / 7] + п2 / Т2 + к + //„, / Т„. (5.4)
С помощью формулы (5.4) можно найти параметр потока отказов
здания в целом после окончания периода приработки, если известны
сроки службы всех конструкций. Как показано в [83], уравнение (5.4)
справедливо для любых законов распределения длительности службы
элементов.
Одной из основных эксплуатационных характеристик надежности
производственных зданий является среднее время восстановления (ре-
монта) 7J,, затрачиваемое на обнаружение и устранение дефектов кон-
струкций.
Если здание имеет т групп по ///..пт элементов со средними зна-
чениями времени восстановления (ремонта) этих групп конструкций
г,, т2, ..., тВ), то по определению математического ожидания
Тг = P,Ti +РгЧ + к +р,„тт, (5.5)
где д — вероятность того, что отказ будет у элементов г-й группы.
Значение р, может быть определено по формуле
Pi = ni^i / Т,- (5.6)
Из уравнений (5.5) и (5.6) получим
= 7'(/?,т1/Т,+л2т2/Т2 + к +п,„т,„ /Тт). (5.7)
Так как X, — 1/7], формула (5.7) может быть переписана в следую-
щем виде:
ТР = ИХ.т, +Х2т2 + к +Х,„т,„). (5.8)
С учетом удельного веса отдельных конструктивных элементов про-
изводственных зданий уравнение (5.8) примет окончательный вид
Тр = 7'(«ГА|Т, +г/2Х2т2 + к +<„Х„,т„,) = 7'£<Х,т,., (5.9)
где d — удельный вес конструктивного элемента в общей стоимости здания, %.
158
Рис. 5.4. Обобщенная кривая роста
расходов на ремонты зданий
V
250
С помощью формулы (5.9)
получены предельные сроки продол-
жительности капитального ремонта
железнодорожных производственных
зданий в зависимости от общих стои-
мостей ремонтных работ.
На рис. 5.3 представлены графики
зависимостей продолжительности ре-
Рис. 5.3. График продолжительности
ремонта зданий в зависимости от объ-
емов ремонтных работ
/ — здание с каменными стенами из
штучных материалов; 2 — здание с
железобетонным каркасом и
ограждающими конструкциями
монта здании мастерских дистанции
пути от объемов ремонтных работ.
Годовую удельную стоимость эксп-
луатации здания, отнесенную к 1 м2
площади, можно определить из следу-
ющего соотношения (без учета услов-
но-постоянных эксплуатационных
расходов на отопление, водоснабжение, газоснабжение и т. п.):
Суд =С, +CJt,
(5.10)
где С, — удельная стоимость проведения текущих ремонтов; Ск — удельная стоимость
капитальных ремонтов; t — срок эксплуатации здания.
Как было показано выше, время эксплуатации t разделяют на три
основных периода (рис. 5.4).
С большой степенью точности можно аппроксимировать увеличе-
ние расходов на ремонты конструкций здания во второй период линей-
ной функцией
Ст — а + bt.
(5.11)
где а и b — коэффициенты, зависящие от вида конструктивных элементов здания.
159
Определим теперь оптимальный межремонтный срок службы, кото-
рый соответствовал бы минимуму ежегодных удельных затрат на ре-
монты здания. С учетом (5.10) и (5.11) получим
СУд = а + b / 2 + Ск / г.
(5.12)
Беря производную от С по t и приравнивая ее нулю, находим
7Г =72Q7T.
(5.13)
Таким образом, по формуле (5.13) можно определить оптимальный
межремонтный срок службы эксплуатируемых зданий и сооружений.
На рис. 5.5 представлены графики зависимости затрат на ППР от срока
эксплуатации промышленных и гражданских зданий.
Пример. Определить оптимальный межремонтный срок службы про-
изводственных транспортных зданий, если средняя удельная стоимость
затрат на капитальный ремонт 350 руб/м2, рост расходов на производ-
ство текущих ремонтов составляет в год 5 руб/м2. Имеем: Ск =
= 350 руб/м2, b = 5 руб/м2. Оптимальный межремонтный срок опреде-
лится по формуле (5.13):
Г““ =72-350 /5 = 12 лет.
Таким образом, время между капитальными ремонтами, равное
12 годам, обеспечит минимальные издержки на эксплуатацию рассмат-
риваемых производственных зданий. Необходимо отметить, что вели-
чина Т"" - 12, полученная расчетным путем на основании статистиче-
ских данных, мало чем отличается от нормативных межремонтных
сроков для зданий этого типа.
5.3. ОЦЕНКА РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Ремонтопригодность количественно характеризуется затратами вре-
мени и средств на обнаружение, устранение и предупреждение отказов
конструктивных элементов зданий с учетом квалификации обслужива-
ющего персонала. Состав показателей ремонтопригодности определя-
ется областью технической эксплуатации зданий (табл. 5.1)
Как видно из таблица, выбор того или иного показателя ремонтоп-
ригодности зависит от назначения конструктивного элемента, условий
его эксплуатации и ремонта. Сравнимость показателей обеспечивается
структурной связью различных уровней системы здания в целом (см.
рис. 5.1).
160
Таблица 5.1
Показатели ремонтопригодности
Виды обслуживания Название показателя Обозначение
Техническое обслу- живание (ТО) Продолжительность технического обслужива- ния данного вида Гт.о
Трудоемкость технического обслуживания
Стоимость технического обслуживания Сто
Коэффициент доступности Ад
Коэффициент демонтируемости (легкосъем- ности) А,
Коэффициент контролируемости Ак
Техническая эксп- луатация (ТЭ) Продолжительность межремонтного периода ты
Трудоемкость ремонта данного вида ®р
Удельная трудоемкость ремонта fp
Продолжительность ремонтного периода Ар
Стоимость ремонтных работ ср
Удельная стоимость ремонта ср
Коэффициент доступности Ад
Коэффициент демонтируемости А,
Коэффициент контролируемости Ак
Продолжительность восстановительных ремонтных работ вычисля-
ется по формуле (5.5). Общая трудоемкость ремонта определится из со-
отношения
га общ
V7p
р'
(5.14)
где ер — трудоемкость работ вида /.
Удельная трудоемкость ремонта — это отношение трудоемкости
ремонта к производственной или жилой площади рассматриваемого
здания:
©'р = ®р / F-
Стоимость ремонтных работ определяется по формуле
11 Заказ № 788
(5.15)
161
(5.16)
/-I
где Cpi — стоимость работ /-го вида, руб.; и — количество видов работ.
Коэффициенты доступности, демонтируемости и контролируемости
вычисляются только для пятого уровня структурной схемы здания, т. е.
для элементов.
Коэффициент доступности определяется по формуле
Ла — ®р.о/(®р.о Т ®р.дЛ (5-17)
где 0рП и 0рл — средняя трудоемкость основных и дополнительных работ, связанных с
монтажом и демонтажом конструктивных элементов.
Пример. При переустройстве одного из цехов Кировского завода в
Ленинграде производился выборочный ремонт стальных подкрановых
балок. Трудоемкость основных ремонтных работ при этом составила
626 чел.-ч, а трудоемкость дополнительных работ, связанных с уста-
новкой подмостей, промежуточных опор и т. д. — 579 чел.-ч. Опреде-
лим коэффициент доступности по формуле (5.17)
Ад = 626/(626 + 579) = 0,52.
Значение Ад = 0,52 показывает весьма невысокий уровень доступно-
сти рассматриваемого вида конструкций.
При производстве ремонтных работ промышленных и гражданских
зданий довольно часто вместе с ремонтируемой конструкцией прихо-
дится разбирать, удалять, а затем вновь восстанавливать другие эле-
менты, состояние которых этого не требует. Так, при замене отказав-
шей плиты покрытия промышленного здания приходится удалять
теплоизоляционное покрытие, стяжку и рулонный ковер кровли. Поэ-
тому весьма важным показателем, характеризующим ремонтопригод-
ность строительной конструкции, является коэффициент демонтируе-
мости (легкосъемности). Его значение определяют по формуле
Ад = 0р.о/(0р.о + 0р.с), (5-18)
где Ц,с — трудоемкость сопутствующих работ, связанных с демонтажом, установкой и
другими видами ремонтных работ.
Пример. Для вышерассмотренного примера рассчитаем Кп, если из-
вестно, что одновременно с ремонтами подкрановых балок приходи-
лось частично демонтировать, а затем восстанавливать подкрановый
путь. Трудоемкость этих сопутствующих работ составила 0рс =
45 чел.-ч.
162
По формуле (5.18) найдем
Кл = 626/(626 + 45) = 0,93.
Значение Кл = 0,93 показывает, что ремонтопригодность подкрано-
вых балок в рассматриваемом практическом примере весьма мало за-
висит от сопутствующих элементов.
Для количественной оценки ремонтопригодности используется еще
ряд комплексных показателей надежности — коэффициенты готовно-
сти и ремонтопригодности.
Коэффициент готовности определяется по формуле
= ТЭ/(ТЭ + 7в), (5.19)
где Тэ — время эксплуатационного периода;, Ги — время восстановления.
Этот коэффициент определяет вероятность того, что в любой мо-
мент времени здание будет нормально функционировать, т. е. не будет
находиться в состоянии ремонта. Равенство (5.19) может быть перепи-
сано в виде
А"г /рабЛ^раб 3“ /рем),
(5.20)
где Гр.|б — суммарное время работы здания; tVIM — суммарное время ремонтов за тот же
срок функционирования здания.
Зная сроки службы основных элементов здания, с помощью зависи-
мостей предельных сроков ремонта от общих объемов ремонта можно
получить значение коэффициента готовности для того или иного
объекта.
Коэффициент ремонтопригодности, характеризующий эксплуата-
ционную надежность конструктивных элементов, определяется из вы-
ражения
*р=Со/(Со+Ср) =
Co/t О’
Сп// + Ср/г С'-’ + О’
(5.21)
где Сп — сметная стоимость конструкции; Ср — суммарная стоимость ремонтов этой
конструкции; С,"’’ — приведенная к одному году стоимость конструкции; С(7 — приве-
денная к одному году стоимость ремонтов; t — срок эксплуатации конструкции.
Коэффициент ремонтопригодности показывает вероятность того,
что данный конструктивный элемент здания находится в состоянии
функционирования. Будучи идентичным коэффициенту готовности,
коэффициент Лр включает в себя еще и экономические данные, что
163
дает возможность получать практически важные характеристики эксп-
луатационной надежности конструкций.
Таким образом, с помощью указанных показателей производится
технико-экономическая оценка ремонтопригодности как отдельных
конструктивных элементов, так и здания в целом на всех уровнях ис-
следования эксплуатационной надежности.
Общая качественная оценка ремонтопригодности включает в себя
ряд требований:
1. Конструктивные элементы и здания в целом должны проектиро-
ваться на основе широкого использования унифицированных и стан-
дартизованных элементов, высокий уровень эксплуатационной надеж-
ности которых позволяет снижать общие затраты на проведение
текущих и капитальных ремонтов.
2. Проектирование промышленных, гражданских и сельскохозяйст-
венных зданий новых серий должно обеспечивать преемственность
технологических процессов технического обслуживания и технической
эксплуатации. Это даст возможность службам эксплуатации ориенти-
роваться на типовые технологические процессы, оборудование и осна-
стку, необходимые для выполнения ремонтных работ.
3. Конструктивные элементы, имеющие наименьшие значения Кг и
Кр, должны быть взаимозаменяемыми. Взаимозаменяемость — это
свойство элемента обеспечивающее возможность его применения вме-
сто другого без дополнительных работ с сохранением данного качества
конструкции. Например, можно указать на практику замены дверных
полотен жилых зданий современных серий.
4. Конструктивные элементы, имеющие наименьшие сроки службы,
должны быть приспособлены к восстановлению, ремонту или замене.
5.4. КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ
Техническое обслуживание зданий дает возможность обеспечивать
нормальный режим функционирования для составляющих его элемен-
тов конструкций, систем и оборудования. Техническое состояние зда-
ния служит как бы «входом» в систему технического обслуживания.
Оценка технического состояния устанавливается в процессе его конт-
роля. Поэтому важным показателем, определяющим ремонтопригод-
ность конструктивных элементов здания, является его контролепри-
годность.
Под контролепригодностью понимается свойство элементов здания,
характеризующее их приспособленность к выполнению контроля тех-
нического состояния установленными средствами.
Опыт эксплуатации промышленных и гражданских зданий позволя-
ет выявить наиболее уязвимые места в конструктивных элементах, ко-
торые чаще всего имеют дефекты и повреждения в процессе эксплуата-
164
ции. Вместе с тем необходимо отметить большое многообразие
условий эксплуатации зданий, многовариантность объемно-планиро-
вочных, конструктивных решений и, следовательно, разнообразие воз-
можных дефектов и повреждений конструкций.
Техническая диагностика дает возможность определять состояние
любого объекта на стадии технического обслуживания и технической
эксплуатации здания. Связь технической диагностики с ремонтопри-
годностью осуществляется по всем ступеням иерархической структуры
процесса управления технической эксплуатацией здания. Это обуслов-
лено тем обстоятельством, что процесс оценки технического состояния
отдельных элементов, частей здания и объекта в целом необходим для
осуществления его эффективной эксплуатации. Иными словами, до-
стижение высокого уровня эксплуатационной надежности невозможно
без качественно организованной технической диагностики системы на
всех уровнях.
Применительно к строительным объектам под технической диагно-
стикой понимается совокупность методов и средств по определению их
технического состояния, предотвращению и поиску дефектов конст-
рукций, а также по определению периодичности и объема техническо-
го обслуживания и ремонта. Исходя из этой формулировки, в решении
задач технической диагностики можно наметить два основных направ-
ления:
1. Развитие и совершенствование аппаратных способов проверки
технического состояния объектов.
2. Разработка методов формализации программ оценки техническо-
го состояния объекта как системы.
Первое направление связано с использованием и совершенствова-
нием технических средств диагностики для контроля различных пара-
метров исправного и неисправного состояния, для определения харак-
тера и особенностей возникновения неисправностей. Это направление
включает методы контроля качества строительных конструкций про-
мышленных и гражданских зданий.
Второе направление связано с разработкой методов формализации
программ оценки технического состояния объектов, с исследованием
математических моделей неисправностей и отказов, а также с влияни-
ем последних на общее техническое состояние зданий. Средствами ре-
ализации этого направления могут быть программы проверки и оценки
технического состояния здания как сложного объекта.
Вопросам диагностики конструкций зданий и сооружений посвя-
щен ряд работ М. Д. Бойко, А. И. Кострица, Н. Г. Смоленской,
А. Г. Ройтмана, В. Г. Яворского и др. [31, 43, 76, 77, 86]. Все большее
распространение в строительстве находят неразрушающие методы кон-
троля, которые подразделяются на акустические, радиометрические,
электрофизические, радиотехнические и др.
165
Ниже (табл. 5.2) представлен перечень параметров, характеризую-
щих состояние здания, средства и методы контроля [23].
Таблица 5.2
Способы контроля состояния здания
Контролируемые параметры Способы и средства контроля
Состояние кровли (качество рулонного ковра) Визуально
Состояние скрытой гидроизоляции (опре- деление места течи) Замер температуры, влажности бетонной поверхности. Способ меченых атомов
Освещенность помещений Люксметр Ю-16
Звукоизолирующая способность огражде- ний Комплект шумомстрической аппаратуры
Движение воздуха в чердачных помещени- ях, подвалах, кухнях и других помещениях Термоанемометры АСО-3 (ручной), ЭА-2М, крыльчатый анемометр «Метпри- бор»
Состояние гидроизоляции в стенах и цоко- лях Метод электрических измерений (мегом- метр М-1102)
Коррозионная активность грунта Прибор МС-07 (МС-08), химический ана- лиз грунта
Состояние дренажа Визуально, с помощью зеркала и фонаря
Контроль наличия метана — шахтный ин- терферометр ШИ-5 и др.
Состояние внутренней металлоизоляции Магнитометрический прибор ИНТ-70
Влажность утеплителя совмещенных и чер- дачных крыш Герметичность: Метод электрических сопротивлений (ме- гомметр М-1102)
стыков панелей и всего сооружения Приборы ИВС-2М, ДСКЗ-1
защитных устройств и конструкций Способ замера времени падения подпора воздуха, способ замера расхода воздуха, способ дымовых шашек, способ свечи
Состояние тиоколового герметика, его ад- гезия Толщиномер на базе индикатора треста «Стройгаз». Адгезиометр ЛНИИ АКХ
Толщина лакокрасочных защитных покры- тий Толщиномер ИТП-1
Качество сварных швов металлоизоляции и металлических конструкций Мангитошелевой дефектоскоп, ваку- ум-рамка, ДУК-13ИМ, УДМ-1
Влажность стен и деревянных конструкций Нейтронный влагомер ПНВ-1 ЛНИИ АКХ, электронный влагомер ЭВД-2, термошупы ЦЛЭМ и др.
Теплозащитные качества ограждений Тепломер ЛТИХП с потенциометром КП-59 или ЭПП-09М, термометры, псих- рометры
166
Окончание табл. 5.2
Контролируемые параметры Способы и средства контроля
Прочность железобетона, кладки Склерометры КМ, Шмидта, молотки Физ- деля, Кашкарова, НИИ Моссгроя, ультра- звуковые приборы УЗП-62, АМ-64, ДУК-20, УКБ-1М, АСП, «Бетон-транзи- стор»
Деформации конструкций и всего здания Геодезические инструменты (теодолит, ни- велир), тензометры, индикаторы, дефор- метры
Расположение арматуры, закладных частей, толщина защитного слоя Электромагнитные приборы И МП, ИЗС-2, ИСМ
Ширин;; раскрытия трещин в конструкциях Толщиномер, лупа Бринелля, микроскоп «Мир-2», маяки
Адгезия штукатурки, облицовочных плиток Присоски, адгезиометр ЛНИИ АКХ
Газовый состав воздуха в помещениях Газоанализаторы УГ-2, ПГА-ДУ, ПГА-К, ВПХР и др.
Влажность воздуха в помещениях Психрометр Ассмана, гигрограф М-32, во- лосяной гигрограф
Температура воздуха в помещениях Термометр, термограф М-16
Температура поверхностей нагревательных приборов, стен Полупроводниковые термометры ЭТП-1А и ЭТП-2А
Для анализа технического состояния здания в целом необходимо
создавать программы (тесты), которые позволили бы по ограниченно-
му набору исследованных параметров состояний оценить эксплуатаци-
онную надежность здания. Применительно к жилым зданиям в АКХ
разработаны рекомендации по оценке состояния конструкции эксплу-
атируемых полносборных зданий [10].
Важным показателем, характеризующим степень возможности ис-
пользования методов контроля качества эксплуатируемых элементов
здания, является коэффициент контролируемости
Лк = Л/(/| + (2), (5.22)
где /| — средняя продолжительность основных работ по контролю технического состоя-
ния строительной конструкции; — средняя продолжительность дополнительных работ.
До настоящего времени вопросы контролепригодности таких слож-
ных объектов, какими являются здания, не прорабатываются на стадии
проектирования. Это приводит к тому, что эксплуатационникам при-
ходится затрачивать много времени и средств для контроля за техниче-
ским состоянием сооружения. Именно поэтому актуальными в настоя-
щее время становятся вопросы оптимизации программ проверки.
167
Целевой функцией может быть минимум времени либо минимум тру-
доемкости работ по контролю технического состояния.
Еще более актуальное значение имеет программа проверки техниче-
ского состояния и контроля качества в период проведения ремонтных
работ. При этом необходимо различать две стороны единого понятия
качества строительной продукции: производственное качество — сово-
купность свойств строительной продукции (геометрические, конструк-
тивные, планировочные и т. д.), выполненной в соответствии с требо-
ваниями СНиПа, благодаря чему продукцией можно пользоваться по
назначению; потребительское качество — конкретный результат испо-
льзования, обусловленный уровнем производственного качества (срок
службы, технологичность, соответствие объемно-планировочного ре-
шения технологическим габаритам и т. д.).
Контроль за качеством производства ремонтных работ осуществля-
ется на основании требований СНиПа. В частности, при выполнении
монтажных и демонтажных работ установочные допуски определяются
условиями точности подготовки монтажного горизонта, сопрягаемых
элементов, опорных узлов.
Проектные решения капитального ремонта или реконструкции
промышленных и гражданских зданий, выполненные в соответствии
с нормативными требованиями, еще не гарантируют высокого качест-
ва производства ремонтно-строительных работ. Поэтому важно выя-
вить закономерности распределения погрешностей, сопутствующих
технологическим процессам индустриального строительства.
С позиций ремонтопригодности большой интерес представляют
требования, которые разработаны для диагностики и оценки качества
производства работ при капитальном ремонте и реконструкции зданий.
Так, для жилых зданий разработаны технические указания [9], опреде-
ляющие схему контроля, в основу которой положены требования обес-
печения безопасности эксплуатации, соблюдения строительных норм,
правил и допусков при производстве ремонтно-строительных работ.
В табл. 5.3 приведена схема производственного контроля при вы-
полнении основных работ по демонтажу и монтажу конструкций зда-
ний [92].
Для оценки качества работ при капитальном ремонте и переустрой-
стве зданий используются данные производственного контроля, кото-
рый включает входной, операционный и приемочный контроль.
При этом проверяется [16]:
— соблюдение допусков, а также правил производства и приемки
работ для отдельных видов ремонтно-строительных работ и конструк-
тивных частей здания;
— выполнение требований технических указаний и других норма-
тивных документов;
— соответствие утвержденной технической документации рабочим
чертежам, проекту производства работ и технологическим картам;
168
— наличие паспортов и сертификатов, лабораторных испытаний и
анализов на материалы, полуфабрикаты и изделия, примененные для
данного конструктивного элемента в соответствии с ГОСТом и ТУ;
— наличие журнала производства работ и правильность его запол-
нения;
— точность разбивки и положения новых конструктивных частей в
натуре.
В строительных организациях, осуществляющих работы по капита-
льному ремонту и реконструкции зданий, должны разрабатываться ор-
ганизационные, технические и экономические мероприятия, направ-
ленные на обеспечение качества производства ремонтно-строительных
работ с целью повышения эксплуатационной надежности объекта.
5.5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ЗДАНИЙ
Практика эксплуатации промышленных и гражданских зданий дала воз-
можность отметить ряд недостатков, которые в значительной мере влияют
на эффективность технической эксплуатации здания. К ним относятся:
1) большая разнотипность как промышленных, так и гражданских
зданий, что существенно затрудняет выполнение ремонтных работ;
2) сложность объемно-планировочных и конструктивных решений
зданий, затрудняющая использование современных средств механиза-
ции работ;
3) недостаточное технологическое обеспечение процессов техниче-
ского обслуживания и ремонта (отсутствие запасных деталей, материа-
лов, инструмента и оборудования, а также технической документации);
4) нарушение принципа кратной или равной изнашиваемости эле-
ментов конструкций;
5) недоучет специфики ремонтных работ, стесненности места про-
изводства работ, невозможности вести монтажные и демонтажные ра-
боты широким фронтом;
6) отсутствие в типовых проектах промышленных и жилых зданий
раздела «Техническая эксплуатация зданий», который бы содержал
указания по рациональному техническому обслуживанию и ремонту
конструкций и инженерного оборудования.
Для установления количественных показателей ремонтопригодности
используются главным образом статистические данные, а также резуль-
таты исследований эксплуатационных характеристик отдельных зда-
ний-представителей. При этом, кроме данных о затратах на ремонты от-
дельных конструктивных элементов, необходимо иметь общие данные о
трудоемкости и о структуре затрат по всем основным элементам здания.
Результаты обследования свыше 400 транспортных зданий дали воз-
можность установить основные характеристики их ремонтопригодно-
сти и выявить средние трудозатраты на производство текущих и капи-
тальных ремонтов.
169
Как показгыи расчеты, наибольшая трудоемкость ремонтных работ на-
блюдалась при ремонте крыш зданий и перекрытий — 30—40%, далее
идут отделочные работы — 25—35%, ремонт конструкций стен — 10—15%.
К наиболее часто проводимым относятся работы по замене и ремонту на-
стилов перекрытий и покрытий, ремонту кровли, замене и ремонту эле-
ментов отделки, заделке трещин и стыков ограждающих конструкций.
Таблица 5.3
Основные операции по производственному контролю
Этап, операция, процесс Что контролируется Цель контроля Периодичность Метод контроля
Диагностика Изменение рас- Расчет конст- До начала ре- Систе матиче-
технического со- четных схем рукций для ВОС- монта при об- ский замер сече-
стояния конст- рукций, исполь- зуемых в качест- ве технологиче- ских опор Определение не- сущей способ- ности конструк- ций: конструкций в последующий период Степень износа конструкций приятия мон- тажных нагрузок следовании зда- ния НИЯ
каменных Марка раствора и кирпича суще- ствующих стен, простенков, столбов Расчет по преде- льным состоя- ниям Неразрушаюшие методы на объ- екте или испы- тание вырублен- ных образцов в лаборатории
бетонных и железобетонных Марка бетона, типа арматуры,, местопол оже н ие и сечения То же До начала ре- монтных работ при обследова- нии здания Неразрушаюшие методы
Определение не- сущей способ- ности основа- ний и фунда- ментов Расчетное со- противление грунтов Марка раствора, камня и бетонов фундаментов Расчет по преде- льным состоя- ниям То же Неразрушаюшие методы и испы- тания в лабора- тории
Контроль за со- Деформации, Предупрежде- В период произ- Наблюдения, за-
стоянием несу- щих конструк- ций в период производства де- монтажных работ трещины, осад- ки ние обрушений водства демон- тажных работ постоянно меры
Определение фактического выхода материа- лов от разборки для их транспор- тировки в цех переработки Количество при- годных для по- вторного приме- нения материа- лов Определение объемов воз- вратных матери- алов То же Замер фактиче- ского выхода
170
Продолжение табл. 5.3
Этап, операция, процесс Что контролируется Цель контроля Периодичность Метод контроля
Контроль вы- Конструкции Преду прежде- Демонтажный и Сравнение с
полнения меро- усиления суще- ние обрушений. последемонтаж- проектным ре-
приятии по уси- лению сущест- вующих конст- рукций в после- демонтажный и монтажный пе- ствующих кон- структивных элементов возможность ис- пользования конструкций в качестве опор монтажных ма- шин ный периоды шением
риоды
Проверка каче- Правильность Сохранность из- При складиро- Наблюдение
ства поступаю- щих на объект складирования делий, безопас- ность на складе вании
конструкций, деталей, раство- ров и бетонов
Прочность гото- вых изделий по результатам ис- пытания конт- рольных куби- ков Установление качества изде- лий При доставке Проверка по до- кументам
Проверка актов Установление До начала мои- Осмотр, замеры,
на скрытые ра- качества изде- тажных работ проверка по до-
боты ЛИЙ и подготов- ки опор при доставке кументам
Соответствие установленным размерам Установление качества изде- лий Каждое изделие по СНиП 1-В.5-62 То же
Внешний вид: отделка, расположе- ние заклад- ных деталей, наличие тре- щин То же То же »
Неразрушаюшие испытания кон- струкций » Каждое изделие в нескольких точках Аппаратура и оборудование для неразруша- ющих методов испытаний кон- струкций
Подготовка к Проверка эле- Качество мон- До начала мон- Осмотр
монтажу конст- рукций ментов сочлене- ний новых и ста- рых конструк- ций тажных работ тажных работ
171
Окончание табл. 5.3
Этап, операция, процесс Что контролируется Цель контроля Периодичность Метод контроля
Монтаж строи- Фактические от- Качество уста- Во время произ- Нивелирование,
тельных конст- рукций клонения конст- руктивных эле- ментов после их монтажа в срав- нении с допус- ками СНиП 1II-B.3-62 Техническое со- стояние су шест- вующих конст- рукций и конст- рукций опор монтажных ма- шин новки конструк- ций в проектное положение Безопасность производства работ водства монтаж- ных работ каж- дый элемент Постоянно замеры Осмотр, замеры, установка
Важное значение для эксплуатационной надежности жилых зданий
имеет конструктивно-технологическая характеристика стыков крупно-
панельных жилых домов и оценка их ремонтопригодности. В этом от-
ношении наиболее рациональными являются закрытые стыки домов
серий 96, 134, КТ. Приведенная стоимость ремонта стыков с примене-
нием тиоколового герметика на 40% ниже, чем с использованием бу-
тепроловой мастики. Наиболее эффективными по стоимости являются
открытые стыки зданий серии 96, однако они имеют низкий коэффи-
циент ремонтопригодности: при производстве ремонтных работ герме-
тизация стыка не может быть восстановлена без изменения конструк-
ции стыка. В табл. 5.4. приводятся основные данные по
ремонтопригодности основных элементов панельных жилых домов на
основании рекомендаций работы [67].
Наиболее рациональными с точки зрения производства ремонтных
работ являются конструкции проходных и полупроходных крыш с ру-
лонной кровлей и утеплителем из насыпного керамзита. Суммарные
приведенные затраты на устройство и эксплуатацию этих крыш на 14%
меньше, чем невентилируемых. Стоимость эксплуатации проходных и
полупроходных крыш значительно дешевле, однако при устройстве и
ремонте рулонного ковра количество ручных операций составляет ино-
гда 40-50%. Поэтому перспективным является вариант крыши с безру-
лонной гидроизоляцией, хотя срок службы таких кровель всего 8 лет,
тогда как срок службы рулонных кровель составляет 12 лет. Общие
трудозатраты на ремонт безрулонной кровли на 25% меньше. Кроме
того, коэффициент ремонтопригодности безрулонной кровли наиболь-
ший и составляет 0,7.
172
Наиболее эффективной конструкцией полов в жилых домах рассмат-
риваемых серий являются полы из штучного паркета по древесноволок-
нистым плитам, укладываемым по железобетонным плитам перекрытия
толщиной 160 мм. Эта конструкция характеризуется наибольшим сро-
ком службы и относительно других конструкций полов имеет больший
коэффициент ремонтопригодности. С точки зрения производства ре-
монтных работ рациональной является конструкция полов из линолеу-
ма, однако с учетом долговечности этих конструкций суммарные при-
веденные затраты на устройство и ремонт таких полов на 30% больше,
чем полов из штучного паркета. Другие конструкции полов из линоле-
ума, плиток ПХВ по опилочно-гипсоцементным плиткам и песчаной
засыпке трудоемки и дорогостоящи. Долговечность конструкций осно-
вания таких полов значительно ниже, чем конструкции чистого пола,
поэтому в целом конструкции полов из линолеума и ПХВ не могут
быть признаны технологичными.
В табл. 5.4 приведен ряд конструктивных элементов полносборных
зданий и даны оценки их конструктивно-технологических качеств с
точки зрения ремонтопригодности.
Таблица 5.4
Ремонтопригодность
некоторых конструктивных элементов зданий
Характеристика конструкций Основные материалы и срок их службы, лет Ар
Однослойные керамзитобетонные пане- Керамзитобетон 125
ли, бетон: у = 1200 кг/м3, облицовка кера- Керамические плитки 75
мической плиткой Всего — 0,74
То же, с наружным фактурным слоем, по- Керамзитобетон 125
крытие пол ивин ил ацетатной эмульсией Покрытие ПВА 6
(ПВА) Всего — 0,68
Трехслойная стеновая панель; утепли- Тяжелый бетон 125
тель — минеральная вата на фенольной Минеральная вата 40
связке Керамические плитки 75
Всего — 0,78
Закрытый стык с декомпрессионной по- Тиоколовая мастика 20 0.58
лестью (Серия 134) Бутепроловая мастика 9 0,43
Ксрамзитобетонпые плиты 80
перекрытия Железобетонные плиты пере- 125
крытия Всего — 0,53
Пол в ванных из керамических плиток. Керамическая плитка 80
Серия 96 Керамзитобетон 80
Железобетонная панель пере- 125
крытия Всего — 0,64
173
Окончание табл. 5.4
Характеристика конструкций Основные материалы и срок их службы, лет Ар
Пол из штучного паркета по дрсвссново- Штучный паркет 50
локнистым плитам. Серия 134. Твердые ДВП, мягкие ДВП 40(50)
Железобетонные перекрытия Всего 125 0.59
Пол из линолеума па теплой основе. Се- Линолеум на теплой основе 20
рия 134. Железобетонная плита пере- 125
крытия Всего — 0,55
Полупроходпая крыша с внутренним во- Трехслойный рулонный ко- 12
доотводом. Серии 1-480А. I-464A, 1-488А вер Стеновая наружная панель То же, внутренняя Плитный утеплитель Керамзит (вариант) Железобетонные панели по- крытия и перекрытия Всего 125 125 40 125 125 0,61
5.6. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ
Из опыта эксплуатации промышленных и гражданских зданий изве-
стен типовой регламент их технического обслуживания [12, 13, 14, 15].
Он заключается в следующем. Для здания до начала его эксплуатации
назначаются все виды профилактических работ (различные осмотры,
проверка состояния конструкций и ремонты) и определяются сроки их
проведения. Другими словами, предполагается проводить профилакти-
ческие мероприятия различного объема на каждом этапе эксплуатации
зданий и сооружений. Как правило, эти мероприятия назначаются из
опыта эксплуатации, а также с учетом некоторой статистики по отка-
зам новой системы. По мере накопления статистических данных пла-
нируемые профилактические работы обычно уточняются.
В практике эксплуатации крупных промышленных комплексов до-
пускается и такой вид обслуживания, который назначается после ис-
следования соответствующих параметров и определения состояния
конструкций здания на момент их измерения. Поэтому часто возника-
ет задача назначения объема профилактических работ и сроков их вы-
полнения на различных этапах эксплуатации здания.
В подавляющем большинстве публикаций, посвященных проблеме
ремонта сложных технических систем, к которым относятся здания,
предполагается, что выполняемые профилактические работы полно-
стью восстанавливают систему. В этом случае задача сводится к выбору
174
сроков проведения профилактических работ по одному из приемлемых
критериев. Исключение составляют лишь некоторые работы [40, 61], в
которых ставится задача выбора оптимальных соотношений между
объемом и сроками профилактических работ, проводимых в системе.
Вероятностный характер строительного производства заключается в
том, что на ход работ все время воздействуют различные случайные
факторы технического, технологического и организационного порядка.
Вместе с тем всякое воздействие случайных факторов приводит к от-
клонениям от запланированного хода работ. В большей степени это от-
носится к работам, связанным с технической эксплуатацией граждан-
ских и промышленных зданий.
Технология и организация производства ремонтных работ, имею-
щие специфические особенности по сравнению с новым строительст-
вом, должны давать возможность ведения строительных процессов на
оптимальных режимах. Причем критерием оптимальности могут слу-
жить: директивный срок производства работ, наиболее полное исполь-
зование строительных машин по времени, высокое качество работ, со-
кращение внутрисменных простоев, снижение сметной стоимости
ремонтных работ. Математические модели решения технологических и
организационных задач строительного производства основываются на
методах исследования операций [61, 71]. Эти модели можно условно
разделить на две основные группы: для решения организационных за-
дач и для решения технологических задач.
Обе эти группы задач применительно к вопросам нового строитель-
ства достаточно хорошо описаны в работах А. А. Гусакова и других ав-
торов [38]. Однако многие модели исследования операций не получили
еще распространения при решении задач производства ремонтных ра-
бот. Вместе с тем опыт использования математических методов иссле-
дования операций [61] для оптимизации процессов производства работ
при реконструкции и ремонтах зданий и сооружений позволяет вос-
полнить этот пробел. При этом некоторые модели организационных
задач, используемых при капитальном ремонте, здесь рассматриваться
не будут в силу того, что они нашли повсеместное распространение
при планировании и проектировании строительных процессов.
Общую задачу оптимизации производства ремонтных работ по кри-
терию С можно рассматривать как задачу на оптимизацию производства
ряда продуктов при затратах ряда факторов. Исследование такой задачи
методами оптимального программирования требует соответствующего
расширения технологической матрицы. Число столбцов этой матрицы
может и не измениться, но сами столбцы удлиняются за счет появле-
ния дополнительных элементов, определяющих количество отдельных
факторов, необходимых для обеспечения производства строительных
работ различного вида. Увеличение размеров матрицы значительно за-
трудняет решение задачи оптимизации.
175
Однако, используя следующее упрощение, можно преодолеть эти
трудности. Обозначим через х,А < 0 расход /-го фактора на единицу
объема строительной продукции и через х/А. > 0 количество j-ro про-
дукта. который получается с помощью к-го технологического процесса
вместе с единицей базисного продукта. Значение xir = 0 обозначает, что
в к-м технологическом процессе не используется /-й фактор производ-
ства. а х jk = 0 обозначает, что в этом технологическом процессе у-й вид
работы не производится. Очевидно, что для базисного объема строите-
льной продукции хкг =0. Таким образом, имеются два вида технологи-
ческих коэффициентов производства: коэффициенты затрат (строите-
льных конструкций, материалов, трудовых и денежных ресурсов) и
коэффициенты выхода продукции. Для получения оптимального реше-
ния процесса ведения ремонтно-строительных работ можно использо-
вать всего одну матрицу вида
х12 х13 ... х„„
Х21 х22 х23 ... х2,„
*„1 Х п! Х „3 Х пт
(5.23)
Отрицательные элементы этой матрицы обозначают коэффици-
енты затрат, положительные — коэффициенты выхода продукции.
Эти коэффициенты вычисляются на единицу базисного продукта.
Сведение всех условий задачи оптимизации в единую матрицу по-
зволяет учесть как технические условия расходования строительных
материалов, трудовых и машинных ресурсов, так и технологические
данные о выходе конечной строительной продукции.
Таким образом, задача оптимизации сводится к определению фак-
торов производства А/, которые дают возможность максимизировать
или минимизировать выражение
с = £4^.
(5.24)
В настоящем разделе обобщен опыт внедрения некоторых алгорит-
мов оптимизации процесса ремонтных работ, разработанных под руко-
водством В. А. Рогонского и нашедших применение при реконструк-
ции зданий и сооружений. Рассмотрим задачи, учитывающие
особенности ремонтно-восстановительных работ и позволяющие:
а) рационально организовать процесс производства ремонтно-вос-
становительных работ;
б) планировать работу строительных машин;
в) оптимизировать последовательность работ на отдельных участках
эксплуатируемого здания.
176
5.7. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА РЕМОНТНЫХ РАБОТ
Выбор оптимальных схем механизации строительства и рациональ-
ных вариантов при планировании механизированных работ является
важным фактором повышения эффективности строительного произ-
водства. В нашей стране накоплен большой опыт решения данного
класса задач методами линейного программирования, теории массово-
го обслуживания, теории игр и т. д.
Однако для решения задач технологии и организации строитель-
но-монтажных работ, связанных с реконструкцией зданий или их мо-
дернизацией, большинство готовых алгоритмов либо мало пригодно,
либо требует корректировки, которая бы учитывала специфику ремон-
тных работ. Кроме того, довольно часто предлагаемые для решения
данного класса задач математические методы весьма сложны, громоз-
дки и трудно реализуемы, в то время как практическим работникам
строительных организаций необходимы достаточно простые методы,
приводящие к рациональном варианту с небольшими затратами време-
ни и квалифицированного труда.
При формировании комплектов машин для выполнения тех или
иных строительно-монтажных работ предложены различные типы мо-
делей, оптимизация которых производится по приведенным затратам.
Имеются решения и для более сложных случаев формирования комп-
лектов машин с учетом рационального распределения объемов работ
между отдельными группами машин.
В общем виде решение такой задачи по оптимальному распределе-
нию объемов строительно-монтажных работ между комплектами
машин с применением для расчета ЭВМ сводится к минимизации це-
левой функции. Функциональное уравнение этой задачи может быть
записано в следующем виде:
С„ = min ,/А-±^'^'1,15/о/,Л'„ +
_/=l /=\ /=1 /=1
+££°’4 / + £a,H+д. £дф,
Ml 7=|
(5.25)
где C„ — стоимость приведенных затрат; Сы.ч — стоимость машино-часа; — количест-
во времени работы j-ro типа комплекта на z-м участке; 1,15 — размер накладных расхо-
дов. приходящихся на 1 руб. заработной платы; tplJ — трудозатраты, чел.-ч, на z-м участке
работ; K,j — коэффициент, учитывающий норму плановых накоплений; 0,4 — размер на-
кладных расходов, приходящихся на 1 чел.-ч трудозатрат; т — продолжительность смены,
ч; а, — коэффициент, определяющий величину условно-постоянной части накладных
расходов для работ z-ro вида; Н — условно-постоянная часть накладных расходов, прихо-
дящаяся на 1 ч работы; £„ — нормативный коэффициент эффективности капитальных
вложений в строительство; дф; — удельная стоимость капитальных вложений в механи-
зацию строительства.
12 Заказ №788
177
На величину Сп наряду с распределением объемов работ влияет бо-
льшое количество организационно-технологических факторов, основ-
ными из которых являются:
— срок производства работ;
— величина технологических перерывов при производстве работ;
— последовательность выполнения работ;
— технические характеристики строительных машин в комплектах.
Поэтому минимизация функционала (5.25) является весьма слож-
ной задачей, которая не может быть решена современными оптимиза-
ционными методами.
Однако для решения задач такого рода с учетом различных допуще-
ний с успехом могут быть использованы комбинаторные методы.
Пусть необходимо выбрать рациональные схемы механизации работ
при реконструкции высоких пассажирских платформ. Для производст-
ва работ строительная организация располагает парком машин, вклю-
чающим механизмы N типов. Количество механизмов достаточно для
обеспечения заданной программы работ.
Перечень работ, который нужно выполнить строительной организа-
ции (без учета сопутствующих работ), следующий:
I. Разборка части существующей платформы из сборных железобе-
тонных элементов.
2. Земляные работы.
3. Монтаж конструкций лежней и ригелей платформы.
4. Монтаж плит настила платформы.
5. Отделочные работы.
Задача заключается в том, чтобы выбрать рациональную схему меха-
низации работ, которая предполагает подбор оптимальных комплектов
машин и механизмов из имеющихся в наличии в строительной органи-
зации с учетом заданной последовательности выполнения работ и их
объемов.
Критерием оптимальности для оценки выбираемых комплектов ма-
шин может служить продолжительность работ по реконструкции, стои-
мость производства работ, общие трудозатраты.
Решение данной задачи с использованием предлагаемого комбина-
торного метода включает несколько последовательных этапов:
/ этап. С учетом объемов работ и директивных сроков их выполне-
ния по каждому виду работ определяется суточная производительность
комплекта.
П этап. Исходя из потребной суточной производительности и тех-
нологических требований к производству работ выбирают конкурен-
тоспособные типы ведущих механизмов.
/// этап. В соответствии с технологическими картами производства
работ для каждого ведущего механизма подбираются различные типы
комплектующих машин в количестве, достаточном для обеспечения за-
планированной выработки ведущей машины.
178
IVэтап. Производится построение сетевой модели, топология кото-
рой отражает взаимосвязь ведущего механизма для данного вида работ
с другими механизмами. Каждая дуга графа соответствует возможности
использования данного механизма для того или иного вида работ по
определенному критерию оптимальности, а каждый узел представляет
собой вид и тип механизма.
В случае, если за критерий оптимальности принят срок производст-
ва строительно-монтажных работ, решение задачи надо вести следую-
щим образом. Находится комплект машин, дающий на графе наимень-
шую длительность работ на данном участке:
Т = Vу / П = min (г = 1, 2, ..., т), (5.26)
где Pj — объем работ на/-м участке; П, — эксплуатационная производительность комп-
лекта машин в региональных условиях данного участка; п — количество комплектов; к —
число смен работы комплекта в сутки.
Помимо выбранного для примера критерия минимума длительности
производства строительно-монтажных работ могут быть приняты и
другие критерии, определяемые конкретными условиям производства
работ: минимальные трудозатраты или стоимость производства работ,
максимальная производительность комплектов машин и т. д.
Рассмотрим следующий практический пример. Для реконструкции
высоких пассажирских платформ строительная организация располага-
ла следующей строительной техникой (табл. 5.5).
Таблица 5.5
Варианты механизации работ
Наименование видов работ Основная комплектующая машина Марка машины Условный индекс машины
Разборка существу- Гусеничный кран К-252 1
юших конструкций платформы Автокран К-52 2
Пнсвмоколесный кран К-255 3
Железнодорожный кран МК-ЦУМЗ-15 4
Земляные работы Экскаватор Э-302 5
Бульдозер Д-444 6
Монтажные и отде- Гусеничный кран К-252 1
лочные работы Автокран К-52 2
Пневмоколесный кран К-255 5
Железнодорожный кран МК-ЦУМЗ-15 4
На рис. 5.5 представлена сетевая модель, полностью характеризую-
щая все условия использования перечисленной в табл. 5.5 строитель-
179
ной техники при производстве работ по реконструкции высокой пасса-
жирской платформы.
Задача заключается в выборе рациональной схемы механизации
строительно-монтажных и разборочных работ, которая предполагает
использование оптимальных комплектов машин и механизмов для раз-
ного вида работ с учетом заданной последовательности выполнения
работ и общих трудозатрат. В табл. 5.6 представлены данные об общих
трудозатратах на производство различного рода работ отдельными ком-
плектами машин.
Таблица 5.6
Машиноемкость работ при реконструкции платформ
о
ot
Ее
х *
3: Е
Наименование работ Индекс комплекта Обшие затраты, маш. ч
Демонтажные работы 1 39
2 37
3 35
4 39
Земляные работы 5 21
6 29
Монтаж стоек и ригелей платформы 1 63
2 61
3 57
4 66
Монтаж плит настила 1 37
3 35
4 38
Отделочные работы (монтаж уголка, перил и т. д.) 1 27
3 23
4 25
<и
Э'з
Р
GP
w
8 3
IJ
о 3
Используя исходные данные, представленные в табл. 5.6, на основа-
нии приведенной выше методики был произведен расчет сетевой моде-
ли. В результате расчета определился оптимальный комплект машин
для реконструкции высокой пассажирской платформы. Как видно из
сетевой модели (рис. 5.5), наиболее целесообразно использовать для
производства работ два комплекта машин — экскаваторный (ведущая
машина — экскаватор Э-302) для земляных работ и монтажный (веду-
щая машина — кран на пневмоколесном ходу К-255) — для разбороч-
ных, монтажных и отделочных работ. Общая машиноемкость работ, вы-
полняемая этими двумя комплектами минимальная, она составляет
171 маш.-ч. Таким образом, расчет дал возможность выбрать комплекты
машин, которые позволили свести к минимуму общий срок производ-
ства реконструктивных работ. По этому критерию любой другой комп-
лект машин не смог бы закончить все работы за оптимальное время.
Рис. 5.5. Модель выбора комплекта машин для реконструкции пассажирской платформы
181
180
Опыт применения предложенного метода свидетельствует о его эф-
фективности. Применяемые на основе этого метода решения оказыва-
ются на 5—7% экономичнее в сравнении с использованием существую-
щих методов расчета. Одним из важных условий управления качеством
строительных работ при реконструкции и реновации промышленных
зданий является комплексное прогнозирование состава и структуры
материальных и трудовых ресурсов. Технико-экономические показате-
ли, которые буду! получены в результате такого прогнозирования (срок
производства работ, трудоемкость и себестоимость работ, энергоем-
кость и пр.), могут рассматриваться как оптимальный вариант произ-
водства работ для данных конкретных условий.
Такого рода прогнозирование осуществляется при условии постоян-
ных исходных данных или учитывает динамику развития процессов ре-
монта в зависимости от времени. В первом случае решение задачи
оптимизации даст возможность получить основные технико-экономи-
ческие показатели того или иного варианта производства работ, кото-
рые затем могут быть скорректированы по мере выполнения этапов ре-
монтно-восстановительных работ. Таким образом, задача оптимизации
мощности строительной организации, ведущей ремонтные работы, на
прогнозируемый период может быть задана в следующем виде.
Найти минимум функции
C = = min
j=i <=i
(5-27)
при условиях:
ntlxH + П21х2| + ... + П,,хА1 < А,-,
П 21^21 + n 22X22 + + Пл2^а-2 -
П1„,х|т + П2„,л-2„, + ... + n,,„xfc„ < А,„;
хи
(5.28)
где П,ух,7 — объем производства работ на j-м участке; х,у — продолжительность работы z-ro
подразделения (/ = 1, 2, 3.Л); П,у — сменная выработка на j-м участке (/’= I. 2. 3.
т); Aj — объем работ на j-м участке; 1Д — директивный срок производства ремонтно-вос-
становительных работ; Q — единичная стоимость работ на участках.
Для решения этой задачи может быть использован метод, основан-
ный на сочетании модели транспортной задачи линейного программи-
рования и целочисленного программирования в дискретной постанов-
ке.
Для условий конкретного планирования ремонтных работ для уско-
рения получения рационального варианта может быть использован
итеративный метод аппроксимации линейного программирования [61].
Модификация этого метода для распределения земляных масс при вер-
182
тикальной планировке территорий, предложенная В. А. Рогонским со-
вместно с Г. Ф. Новожиловым и Н. М. Молокановым, позволила ши-
роко использовать этот метод в практике производства работ при
реконструкции аэродромов, путейских ремонтно-восстановительных
работах и т. д. Внедрение рассматриваемого метода в других организа-
циях также показало его высокую эффективность. Так, по подсчетам
ТИП РОНИ ИСельпрома, вариант производства работ, рассчитанный
по указанному методу, дает возможность снизить их удельную стои-
мость на 25—50% по сравнению с вариантами, составляемыми обычны-
ми методами.
5.8. РАЦИОНАЛЬНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАБОТ
В настоящей работе были рассмотрены те трудности, с которыми
приходится сталкиваться в процессе производства реконструкции и ре-
монта зданий. Отметим еще один весьма важный фактор, влияющий
на эффективность проведения ремонтно-восстановительных работ.
Обеспечение работ общестроительного СМУ механизмами и материа-
лами осуществляется организациями, подчиненными в большинстве
случаев ремонтно-строительному тресту (базы и управления механиза-
ции, конторы стройтехснаба, автотранспортные управления и др.).
Вместе с тем на строительных площадках СМУ находятся только выде-
ленные для конкретных работ механизмы и текущий запас материалов.
Поэтому осуществить маневр механизмами и материалами, оптимизи-
ровать процесс производства ремонтных работ руководство СМУ без
вышестоящей организации не в состоянии. Все это создает необходи-
мость рассматривать оптимизацию работы крупных строительных ор-
ганизаций и их субподрядчиков не только путем переброски материа-
льных и людских ресурсов с одного участка работ на другой, но и за
счет использования внутренних ресурсов системы, т. е. ее оптимиза-
ции.
Таким образом, задача состоит в том, чтобы при производстве ре-
монтно-восстановительных работ, имеющих свою специфику, обеспе-
чить поточность работ основной и субподрядных организаций, которая
дала бы возможность свести к минимуму общую продолжительность
ремонта.
Сложность этой задачи заключается в том, что различные объекты
или участки ремонтируемого здания требуют разного времени произ-
водства работ (неритмичные потоки) как основной ремонтно-строите-
льной организации, так и специализированных организаций. При не-
правильном установлении порядка производства работ на объектах или
участках будут возникать, неоправданные перерывы в работе субпод-
рядных организаций при переходе с участка на участок. Эти перерывы
равносильны простоям из-за ожидания фронта работ, который готовит
183
для специализированных организаций, ведущих реконструкцию или
капитальный ремонт, генеральный подрядчик.
О важности данной задачи не только для объектов реконструкции,
но и для нового строительства свидетельствуют многочисленные пуб-
ликации, в которых приводятся аналитические методы расчета. Однако
авторы этих работ для изыскания условий сохранения поточности, как
правило, предлагают сдвижку вправо сроков начала работ субподряд-
ных организаций, что в конечном счете приводит к увеличению сроков
строительства.
Группа по применению математических методов в строительном
производстве ПГУПС разработала и внедрила метод оптимизации ра-
бот при поточном строительстве и реконструкции, основанный на тео-
рии расписаний [61].
Сущность предложенного метода оптимизации поясним на следую-
щем примере. Рассмотрим вначале случай двухступенчатого процесса.
Ремонтно-строительная организация ведет реконструкцию крупного
промышленного комплекса, состоящего из четырех отдельных объек-
тов. Пусть время производства работ по реконструкции на каждом объ-
екте различно. Модернизацию и монтаж нового оборудования этого
промышленного предприятия производит субподрядная организация,
которая приступает к работе на каждом из четырех объектов только в
том случае, если ремонтно-строительные работы на них полностью за-
кончены. Поэтому для ускорения работ строительная организация дол-
жна последовательно концентрировать свои производственные мощно-
сти на выполнении всех работ на любом из объектов, а затем
переходить к реконструкции следующего.
Не давая здесь математического обоснования, рассмотрим метод
установления оптимального порядка производства работ при реконст-
рукции ряда объектов для случая неритмичных потоков при работе
двух или трех субподрядных организаций. Этот метод заключается в
следующем.
1. На основании данных о длительности тех или иных работ по объ-
ектам составляется расчетная таблица-матрица:
а) в случае деятельности двух организаций с длительностью работ А,
и В, (табл. 5.7);
б) в случае, когда в работах участвуют три организации с длительно-
стью работ А„ В, и С, (табл. 5.8).
2. В столбцах расчетной таблицы отыскивается наименьшее значе-
ние для А, или а,. В, или bj.
3. Если это А-, или а,, то необходимо поставить данную строку табли-
цы первой, если В, или Ь, — последней.
4. В случае нескольких одинаковых минимальных значений нужно
первой выбирать строку, имеющую меньший порядковый номер /.
Когда min А, = min В, или min о, = min bj, перестановку для определен-
ности производить по А,- или а,.
5. Исключить переставленную строку таблицы из дальнейшего рас-
смотрения.
184
6. Повторить весь процесс решения, указанный в п. 2, 3, 4, 5, с
оставшимися строками таблицы.
Таблица 5.7
Расчетная таблица для двух строительных организаций
Номера объектов i Л, Bi
1 4 Bl
2 Аг В2
п 4, Вп
Таблица 5.8
Расчетная таблица для трех строительных организаций
Номера объектов i Aj + Bj = о, Bi + Q
1 О|
2 “2 hi
п а„ b„
Рассмотрим практический пример использования разработанного
метода для установления оптимального порядка производства работ.
При электрификации и реконструкции железнодорожной линии Зе-
леногорск — Выборг под Петербургом, состоящей из четырех перегонов,
работы по установке фундаментов и опор выполняло СУ-308 треста
Севзаптрансстрой. Монтаж контактной сети проводился электромон-
тажным поездом ЭМП-701. Задача состояла в том. чтобы установить
порядок производства работ по реконструкции линий по перегонам,
сокращающий суммарное время простоя ЭМП-701 в ожидании готов-
ности каждого перегона под монтаж контактной сети. Сложность этой
задачи заключалась в том, что различные перегоны (участки работ)
требовали разного времени производства работ как СУ-308, так и
ЭМП-701 (табл. 5.10).
Первоначальный график ведения работ по электрификации
(рис. 5.6) не обеспечивал поточности производства работ. Из рисунка
видно, что простои ЭМП-701, занимающегося монтажом контактной
сети, составляли в общей сложности 15 дн. Порядок производства ра-
бот по перегонам следующий: 1, 2, 3 и 4, т. е. сначала выполняются ра-
боты на первом перегоне, потом на втором и т. д.
185
Как видно из линейного графика, ЭМП-701, закончив работы на
первом перегоне, должен переходить на второй. При этом срок произ-
водства работ СУ-308 на втором перегоне 18 дн., поэтому у ЭМП-701
возникают простои из-за ожидания фронта работ. Такая же картина
наблюдается и по четвертому перегону.
Так как очередность производства работ может быть любой, задача
заключается в том, чтобы найти оптимальную последовательность в
выполнении работ.
Рассмотрим решение этой задачи с помощью изложенного в насто-
ящем разделе метода, основанного на теории расписаний. Обозначим
через А, время производства работ на i-м перегоне СУ-308, а В\ — вре-
мя монтажа контактной сети на i-м перегоне ЭМП-701, Q — период
простоя ЭМП-701 из-за того, что СУ-308 не завершило своевременно
работы.
Расчет исходных данных (табл. 5.10) и получение оптимального вари-
анта производится в последовательности, указанной выше. В табл. 5.11
показан окончательный результат этого расчета. Оптимальной после-
довательностью работ на участке электрификации Рощино — Кирил-
ловское будет 2, 4, 3, 1. Это значит, что в первую очередь необходимо
было производить работы на перегоне 2, потом на перегоне 4 и т. д.
Этот вариант и был использован при проведении ремонтно-строитель-
ных работ.
Таблица 5.10
Первоначальная последовательность работ
Номера перегонов Продолжительность работ СУ-308, дии (Др Продолжительность работ ЭМП-701, дни (Д)
1 14 10
2 18 20
3 16 12
4 23 15
Таблица 5.11
Оптимальная последовательность работ
Номера перегонов Продолжительность работ СУ-308, дни Продолжительность работ ЭМП-701, дни
2 18 20
4 23 15
3 16 12
1 14 10
На основании данных табл. 5.11 тресту Севзаптрансстрой был со-
ставлен график производства работ по электрификации (рис. 5.6).
Как видно из графика, общая продолжительность производства ра-
бот по четырем перегонам составляет в сумме 81 дн., т. е. по сравне-
нию с первоначальным вариантом уменьшилась на 5 дн. Простои
186
ЭМП-701 составили всего 6 дн., в то время как по первоначальному
варианту они равнялись 15 дн. Легко показать, что любая другая после-
довательность производства работ привела бы к неоправданному уве-
личению срока ведения работ по электрификации.
Таким образом, использование данного метода получения оптима-
льного порядка работ позволяет сделать ряд выводов. Опыт примене-
ния метода на объектах транспортного и сельского строительства пока-
зал высокую его эффективность и простоту для практических
реализаций [61]. Метод позволяет повысить эффективность работы
основной ремонтно-строительной и субподрядной организаций при
поточном ведении ремонтных работ, уменьшить простои последней в
среднем на 8—10% за счет оптимальной организации потока, снизить
продолжительность работ.
5.9. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ
В ПРОЦЕССЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗДАНИЙ
Исследования вопросов надежности систем на современном уровне
требуют привлечения аппарата теории массового обслуживания [26,
61]. Это обусловлено тем, что процесс строительного производства не-
прерывно усложняется, а число его взаимосвязанных участников уве-
личивается. Все это приводит к тому, что координация работы отдель-
ных звеньев, участвующих в процессе строительства и ремонта,
становится все более сложной.
187
В работе В. А. Рогонского, выполненной совместно с Н. М. Моло-
кановым [61], рассматривалось использование математического аппа-
рата теории массового обслуживания, разработанного применительно
к ординарным потокам требований. Однако в практике ремонтно-вос-
становительных работ нередки случаи, когда требования на осуществ-
ление ремонта поступают в систему группами со случайным числом за-
явок в каждой. Кроме этого, довольно часто можно встретиться со
случаем, когда в системе обслуживания возникают задачи с приоритет-
ными потоками. Работа таких систем организовывается таким образом,
что наиболее важные заявки обслуживаются в первую очередь, напри-
мер при аварийном состоянии конструкций зданий.
Необходимо учитывать и то обстоятельство, что работа некоторых
систем может быть организована так, что поступающая заявка обслу-
живается по нескольким каналам (строительными подразделениями).
Пусть имеется л-канальная система обслуживания с отказами. В мо-
мент поступления очередной заявки в систему к ее обслуживанию не-
медленно приступают все п свободных звеньев. Эта система может за-
меняться одинаковой по производительности одноканальной, у
которой математическое ожидание времени обслуживания определяет-
ся из зависимости
t = 1/(у,. + у 2 + к + у„), (5.29)
где y,(i = I. 2, ..., п) — производительность /-го звена.
Отсюда производительность всех звеньев при ремонтных работах
П = ну, (5.30)
Вероятность того, что вновь поступившая заявка на ремонт будет
обслужена
Р0 = 1/(1 + а), (5.31)
где о = X — интенсивность поступления заявок па ремонты.
Вероятность отказа в обслуживании
Ротк = а/(1 + а). (5.32)
Следовательно, для большинства случаев систем управления строи-
тельным производством при капитальном ремонте и реконструкции
зданий можно использовать методику оценки эффекта внести строите-
льного процесса на основе теории массового обслуживания.
Рассмотрим эту методику на следующем практическом примере.
Пусть ремонтно-строительная организация ведет капитальный ремонт
188
М производственных объектов. Для ремонтных работ требуется достав-
ка кирпича на объекты с интенсивностью т (тыс. шт.) в день.
В работе [61] показано, что случайная величина у подчиняется экс-
поненциальному закону и поток требований на доставку кирпича явля-
ется простейшим, а значит математическое ожидание этой случайной
величины равно 1Д. Время обслуживания каждого требования также
распределено по экспоненциальному закону с математическим ожида-
нием времени обслуживания одного требования 1/у.
Система ремонтно-строительная организация — объекты может на-
ходиться в К = М + I состояний:
1) все объекты обеспечены материалом; 2) один объект простаивает,
а на М-\ ведутся работы;
3) два объекта простаивают, а на М-1 ведутся работы и т. д.
Вероятность нахождения системы в одном из этих состояний
Рк=М\/(М-КуЩу)кРа, (5.33)
где — вероятность того, что все объекты обеспечены строительными материалами.
Используя математический аппарат теории массового обслужива-
ния, дадим основные характеристики работы ремонтно-строительной
организации:
коэффициент загруженности
Q\ = 1 - Л>; (5.34)
коэффициент простоя объекта из-за отсутствия материалов
£<Л'-|)Л
а - -----• <5.35)
Рассмотрим практический пример использования вышеприведен-
ной методики для анализа и управления процессом ремонтно-восста-
новительных работ.
Дорстройтрест Октябрьской железной дороги ведет капитальный
ремонт шести однотипных производственных зданий. С каждого объ-
екта на производственную базу треста поступает в среднем одно требо-
вание на кирпич за 1,5 смены работы. А база снабжения затрачивает на
удовлетворение одного требования в среднем 1,6 ч. Определим загру-
женность ремонтно-строительной организации на ведение ремонтных
работ и средние простои рабочих на объектах, используя формулы
(5.33), (5.34) и (5.35).
Имеем: М = 6, 1Д = 1,5 смены, X = 1/1,5 = 0,66; 1/у = 1,6 ч; у =
1/0,2 = 5. Вычисления сведем в табл. 5.12.
189
Таблица 5.12
Определение загруженности ремонтно-строительной организации
К к-1 PJt Л
0 0 1,00 0,37 0,00
1 0 0,79 0,29 0,00
2 । 0,51 0,19 0,19
3 2 0,28 0.10 0,20
4 3 0,11 0,04 0,12
5 4 0,03 0,01 0,04
6 5 0,00 0,00 0,00
- — 2.72 1,00 0,55
Суммируя 3-й столбец таблицы и учитывая, что = 1, получим
а-=о
±Рк/Ри = \/Р(±Рк=\/Рп=2,72,
*=0 *~0
откуда Рц = 0.37.
Используя уравнение (5.34), рассчитаем коэффициент загрузки про-
изводственной базы треста на ремонтные работы: Q\ — I — Рц =
1 - 0,37 = 0,63.
Коэффициент простоя бригад на объектах
0,55
6
= 0,11.
Рис. 5.7. График
зависимости Qi и Qi от М
Иначе говоря, из-за отсутствия
кирпича, каждый объект простаивает
примерно 6 мин в час. На графике
рис. 5.7 показаны зависимости Qi и Qi
от количества М одновременно ремон-
тируемых зданий.
Таким образом, данная методика
расчетов позволяет подбирать выра-
ботку подразделений, состав бригад,
уровень механизации и т. д., занимаю-
щихся ремонтными работами с тем.
чтобы обеспечить поточное ведение
работ при ритмичной работе строите-
льных машин и звеньев ремонт-
но-строительных рабочих.
190
Глава 6
ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ
ЗДАНИЙ
6.1. ОБЩИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ
В течение эксплуатации любого здания внезапные и постепенные
отказы приводят к необходимости принимать меры по ликвидации по-
следствий этих отказов. После комплекса мероприятий по техническо-
му обслуживанию (профилактике и ремонтам) работоспособность сис-
темы восстанавливается. Время между двумя соседними отказами
является лишь незначительной частью технического ресурса, который
определяется обшей длительностью эксплуатации здания до его пол-
ной амортизации или до признания его полностью непригодным к да-
льнейшей эксплуатации.
Все действия, направленные на восстановление работоспособности
здания, можно аппроксимировать понятием «обслуживание». По своей
природе обслуживание может иметь различный характер: отыскание
дефектов строительных конструкций, профилактические мероприятия,
замена и ремонт строительных элементов здания. При этом каждый от-
каз нуждается в участии со стороны какого-то, обслуживающего эле-
мент (звеньев, бригад строительных рабочих и др.).
Анализ опыта осуществления системы планово-предупредительных
ремонтов и переустройства промышленных и гражданских зданий сви-
детельствует о еще недостаточной эффективности проектных решений,
необходимости уточнения технологических основ проведения такого
рода ремонтно-восстановительных работ. Ряд основных вопросов этой
комплексной проблемы вообще не изучен и не затрагивается в издан-
ных трудах. К таким вопросам в первую очередь относятся:
I. Обобщение опыта эксплуатации и установление количественных
показателей эксплуатационной надежности основных элементов зда-
ний.
19I
2. Оптимизация строительных программ с учетом надежности зда-
ний.
3. Установление теоретических зависимостей между безотказностью
конструкций и их ремонтопригодностью.
4. Перспективное планирование технической эксплуатации зданий
с целью снижения затрат на производство ремонтных работ.
Таким образом, восстановление (реновация) здания является комп-
лексной проблемой, связанной с большим кругом самых разнообраз-
ных вопросов строительной науки. В настоящей главе основное внима-
ние будет уделено теоретическим аспектам процесса восстановления
здания как одному из средств повышения его эксплуатационной на-
дежности.
В общем виде модель эффективного использования любого строите-
льного объекта имеет следующую простую структуру:
2= ЛА ХОК (6.1)
где Q — характеристика эффективности использования объекта; А — совокупность тех-
нических параметров объекта; _г(/) — совокупность параметров, характеризующих воз-
можность использования здания в течение срока его функционирования 1.
Как видно из (6.1), для эффективного использования здания по на-
значению необходимо учитывать взаимное влияние двух групп составля-
ющих и управлять ими с целью достижения максимума экономического
эффекта. В частности, объемно-планировочное и конструктивное ре-
шение здания и режимы его использования (Л) во многом определяют
объемы ремонтных работ х(/). Вместе с тем качество производства ре-
монтных работ в значительной степени определяет уровень параметров
здания А.
При исследовании эксплуатационной надежности зданий важное
значение имеет время восстановления
К = Д/б(0/р(у)1, (6.2)
гдеУбН) — обобщенная функция безотказности конструкций или здания в целом; fv(y) —
обобщенная функция реновации, характеризующая возможности выполнения ремонт-
ных работ.
Следовательно, формула (6.2) в общем виде дает возможность пред-
ставить модель технического обслуживания здания в виде двухмерного
стохастического процесса.
В настоящее время наиболее исследованной является функция
[49, 83] применительно к объектам строительства [24, 51, 54, 69]. Вмес-
те с тем процессам восстановления, особенно в области строительства,
посвящено мало трудов. Основные теоретические вопросы процесса
восстановления рассмотрены в монографии [49].
192
Распределение темпов износа строительных конструкций в зависи-
мости от времени определяет статистические свойства потока отказов
конструкций и, в частности, закон распределения времени их возник-
новения. Как показано в гл. 3, при нормальных условиях эксплуатации
износы основных несущих и ограждающих конструкций зданий подчи-
няются закону Гаусса. При нарушении правил технической эксплуата-
ции, а также под влиянием особых условий производственной среды
распределение времени длительности службы конструкций можно
описать экспоненциальным законом. При этом плотность распределе-
ния вероятностей длительности службы определится из выражения
/(/) = Хеи, (6.3)
где X — интенсивность отказов конструкций; t — срок службы конструкций.
При нормальных условиях эксплуатации и постепенных износах
конструкций интенсивность отказов является функцией времени и при
t -> да стремится к пределу
limX(/) = X. (6.4)
Если X невелико, практически важно рассматривать надежность
конструкций с точки зрения суперпозиции экспоненциального и нор-
мального распределений.
Плотность распределения длительности службы в этой суперпози-
ции [83] записывается как
/(/) = CjXe >J + с2 —^—е '»г/2а'
сл/2л
(6.5)
где q + о = 1: % — среднее время безотказной работы конструкций: о — среднее квадра-
тическое отклонение.
Соответственно вероятность безотказной работы может быть опре-
делена из формулы
Р(г) = с,ех'
+ с [(/„-/)/о]
2 Ш°) ’
(6.6)
где функция Fq определяется по статистическим таблицам [83).
Так как в общем случае значение к * const, то для упрощения расче-
тов можно принимать среднюю интенсивность отказов конструкций за
определенное время /,(0< /< п). Далее, считая появление первичных де-
13 Заказ №788
193
фектов конструкций независимыми событиями, можно вычислить ве-
роятность безотказной работы за время г.
Р„ = 1°[а •
У (6.7)
В реальных условиях эксплуатации на работу зданий и сооружений
будут оказывать влияние не только внезапные (аварийные) отказы от-
дельных конструкций, но и отказы по причине физического старения,
особенно если срок функционирования сооружения сравним со сро-
ком службы отдельных конструкций.
Обозначим вероятность безотказной работы /-го типа элементов
здания при внезапном отказе через а в результате постепенного
износа — через тогда для вероятности безотказной работы /-го
типа конструкции получим
W = A(')A"(O. (6-8)
Для комплекса элементов сооружения формула для оценки надеж-
ности будет иметь вид
/’(O = flA(/)A,,(/).
(6.9)
При показательном распределении длительности службы конструк-
ций выражение (6.8) может быть записано
Р(,) = е-Г1Л-<0. (6J0)
где Х =
/=|
Надежность по физическому старению 7-го типа элементов в фор-
муле (6.10) можно определить следующим образом. Допустим, что рас-
пределение времени безотказной работы этих элементов известно.
Установлен также предельный срок их функционирования. Предпола-
гая, что здание или сооружение необходимо восстанавливать, когда все
указанные элементы находятся в аварийном состоянии, следует опре-
делить время Тэ надежной работы (эксплуатации) указанных конструк-
тивных элементов здания.
Если /ь /2, •••, Ai — случайные длительности работы конструктивных
элементов, то Тэ также будет случайной величиной, которая равна сум-
ме независимых случайных переменных величин:
194
тэ - t\ + t2 + ... + tn.
(6.11)
Среднее значение и дисперсию случайной величины Тэ можно вы-
числить по формулам
Тэ =i} +t2 + K +t„ = nt,
(6-12)
+ K +o,2, =na2.
(6.13)
В этом случае, если величина Тэ распределяется по нормальному за-
кону, можно использовать центрированную переменную у = (T—f)/c.
Тогда будем иметь значение для вероятности безотказной работы
конструктивных элементов
ЛОО > И = Z / 72л jedz
(6.14)
Далее с помощью статистических таблиц легко определить время
безотказной работы. При этом необходимо учитывать следующее обсто-
ятельство. Обычно строительные конструкции зданий не эксплуатируют
до 100% износа. Чаще всего элементы здания заменяют или ремонтиру-
ют, если их состояние оценивается как «неудовлетворительное» (износ
до 75%). Примем величину Р равной 0,25, в этом случае значение t =
= 0,95.
Далее можно записать
Р\ —- |< 0,95 =0,75,
(6.15)
тогда
t - 0,95а < Т < t + 0,95а.
(6.16)
Подставляя в формулу (6.16) значения дня t и а и используя равен-
ства (6.12) и (6.13), получим
nt - 0,95-Тйо < Т < nt + 0,95л/ла.
(6.17)
Таким образом, с помощью формулы (6.17) можно установить вре-
мя безаварийной службы строительных элементов в процессе эксплуа-
тации и учесть его при планировании капитального ремонта или ре-
конструкции здания.
195
Как видно из соотношения (6.2), взаимосвязь между безотказно-
стью и ремонтопригодностью выражается случайными процессами
восстановления и накопления. Вероятностный подход к совместному
анализу этих процессов связан со значительными математическими
трудностями. Кроме того, такой подход требует анализа обширного
статистического материала по эксплуатации и ремонту конструктив-
ных элементов зданий.
Более рационально использовать методы динамического програм-
мирования [28], которые дают возможность рассматривать процессы
эксплуатации зданий как ряд отдельных этапов, связанных с временем
эксплуатации здания. Использование этих методов при перспективном
планировании реконструкции промышленных зданий показало их вы-
сокую эффективность [70].
Совместный анализ безотказности и ремонтопригодности можно
произвести и более простыми средствами — с помощью корреляцион-
ного или регрессивного анализа, который дает возможность установить
связь между средними величинами, характерными для этих процессов.
Для практических приложений наиболее важными являются связи
между средним межремонтным сроком и средним временем восстанов-
ления (ремонта), а также между средним межремонтным сроком и сто-
имостью или трудоемкостью ремонтных работ.
Для вновь проектируемых зданий, когда статистические данные от-
сутствуют, можно использовать метод статистического моделирования,
который дает возможность получить основные характеристики безот-
казности и ремонтопригодности.
6.2. МОДЕЛЬ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ РЕМОНТОВ ЗДАНИЙ
Вопросы сохранения во времени эксплуатационных характеристик
зданий могут быть решены на основе существующих методов матема-
тической теории восстановления [49].
В соответствии с этим подходом здание можно представить в виде
некоторой постоянно обновляющейся системы непрерывного или дли-
тельного использования. Причем обновление является одним из усло-
вий нормального функционирования данной системы. Интенсивность
восстановления отдельных элементов здания, утративших требуемые
эксплуатационные свойства, корректировка профилактических меро-
приятий по предупредительным ремонтам конструкций обусловлива-
ются начальным качеством конструкций здания.
Во всех математических моделях предупредительных замен элемен-
тов стоимость С включает все затраты, связанные с отказом и последу-
ющей заменой элемента. Так как срок функционирования строитель-
ных конструкций здания много больше, чем время на профилактику,
можно предположить, что отказ их мгновенно обнаруживается и устра-
196
няется. Пусть С| стоимость эксплуатации рассматриваемого элемента
здания. Затраты Сг(Сг< Q) связаны с предупредительной заменой каж-
дого отказавшего элемента. Обозначим через /И|(/) количество отказов
в течение интервала времени [0, /], а через «2(0 количество отказавших
элементов в этом же интервале. Тогда средние затраты на профилакти-
ку за интервал времени [0, /| составят
С = Ciiniit) + С2«2(0-
(6.18)
Выше было показано, что темпы износа основных несущих конст-
рукций зданий определяются исходя из усеченного нормального рас-
пределения длительности службы конструкций. В этой случае
С2 / (С, - С2) = Цх)( P(/)dt - Р(х),
о (6.19)
где Х(л) — интенсивность отказов за время эксплуатации х.
Интенсивность отказов в свою очередь может быть определена из
формулы
Цх) = f(x)/P(x),
(6.20)
гдеДх) — плотность усеченного нормального распределения; F\x) — вероятность безот-
казной работы.
Плотность f[x) может быть записана в следующем виде:
(1 /(Ьст)<р[(х-х)/а] при х>0
|0 при х<0, (6.21)
где
<р,(х) = 1 / э/2л е‘х/2,
(6.22)
ос
Ь = 1 / СТJ(р[х - х) / ст]</х.
о
(6.23)
Если х / ст > 3, то плотность/(х) очень близка к плотности обычного
нормального распределения со средним х и среднеквадратическим от-
клонением ст.
Сделав замену переменной _у0=(хп-х)/ст и определив
ОС
Л„(х) = tpj(x)/j<p(/)J/ из уравнения (6.19), получим
197
Рис. 6.2. Интенсивность отказов Хп(уп)
для нормального распределения
у, 00 ~~Уг
ЬС2/(С,-С2) = Л;,(у0) J \\/^e-xl,1dxdt- J \ / Jbte^dx. (6.24)
-х/а / -х/а
Если х/о > 3, то можно приближенно принять b — 1. Тогда легко
найти решение для у() = (хп-х)/о в зависимости от Ci/C\ - Ci =
= ад.
Обозначим
X(xn) = 1 /оХ„(у0)
(6.25)
и построим график функции Ду0) для х/о = 3 (рис. 6.1). Функция ин-
тенсивности отказов в этом случае может быть вычислена исходя из
нормального распределения со средним значением 0 и среднеквадрати-
ческим отклонением 1 как
Цх0) = 1 /оХ„(у0).
(6.26)
На рис. 6.2 представлен график интенсивности отказов для норма-
льного распределения. С помощью этого графика можно получить
среднее значение затрат на единицу времени A(xq). Для этих целей с
помощью уравнений (6.24) и (6.26) определим
) - (С, С2 ) 1 / <7/. „(уп).
(6.27)
Полученная модель профилактики дает возможность проводить
анализ вариантов замены конструкций и определять оптимальную
стратегию профилактики ремонтов.
198
6.3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ
Ускорение научно-технического прогресса в любой сфере производ-
ственной деятельности является главенствующим принципом воспро-
изводства. Особенно это относится к реконструкции промышленных и
гражданских зданий, которая позволяет с наименьшими затратами и в
кратчайшие сроки получать максимальный экономический эффект,
добиваться значительной интенсификации производства.
Реконструкция гражданских зданий чаше всего связана с тем, что в
процессе развития социальной структуры общества возникают и на-
капливаются несоответствия между объемно-планировочными реше-
ниями зданий прошлых лет постройки и потребностями сегодняшнего
дня. Поэтому самым распространенным видом реконструкции граж-
данских зданий является изменение их назначения в связи с упорядо-
чением городской среды, сферы обслуживания, созданием новых го-
родских центров, памятников истории, культуры и архитектуры.
Вопросам эффективности реконструкции жилых зданий посвящены
работы Б. М. Колотилкина, А. Г. Ройтмана, Н. Г. Смоленской,
К. А. Шрейбера и др. [51, 77, 85].
Наиболее важное значение имеют вопросы эффективности реконст-
рукции для промышленных зданий, так как модернизация действую-
щих производственных предприятий является основным фактором,
обеспечивающим повышение экономической эффективности капита-
льных вложений. Опыт реконструкции многочисленных производст-
венных предприятий в России и за рубежом показывает, что удельные
капитальные вложения на единицу мощности снижаются до 40%, а
освоение введенных мощностей осуществляется в 3—3,5 раза быстрее.
Из многочисленных публикаций, посвященных проблемам реконст-
рукции промышленных зданий, необходимо отметить работы Н. И. Бу-
дуновой, М. М. Гольдина, К. А. Столярова, Ю. Н. Хромец, В. В. Шах-
паронова, К. А. Шрейбера, М. Г. Чентемирова и др. [34, 37, 72, 85].
Как правило, реконструкция промышленных зданий связана с из-
менением объемно-планировочного решения, перепланировкой про-
изводственных помещений и совершенствованием инженерного обо-
рудования. Необходимо отметить, что переустройство зданий при
реконструкции связано также с мероприятиями по профилактике, ре-
монту и модернизации существующих конструкций здания, с обновле-
нием и ремонтом инженерного оборудования.
В течение всего времени функционирования производственное зда-
ние может неоднократно подвергаться реконструкции по мере мораль-
ного и физического снашивания. Периодичность реконструкции свя-
зана прежде всего с техническим перевооружением действующих
производственных предприятий как одной из форм расширенного вос-
производства основных фондов. Анализ проектных данных институтов
199
Ленгипротранс и Трансэлектропроект показал, что реконструкция же-
лезнодорожных производственных зданий вызывается необходимостью
ремонта локомотивов и вагонов новых видов (60—70%), увеличением
объема ремонта (20—30%), улучшением технологии и условий труда
(10%).
Хотя переустройство производственных зданий требует значитель-
ных капиталовложений, проектные организации при определении эф-
фективности реконструкции объектов ограничиваются лишь анализом
их объемно-планировочных решений с точки зрения соответствия за-
данным технологическим габаритам. Это объясняется отсутствием до
настоящего времени нормативов затрат на реконструкцию производст-
венных зданий. Стоимость возведения новых конструктивных элемен-
тов при реконструкции существующих зданий определяется по сбор-
никам ЕРЕР с применением поправочных коэффициентов к обшей
стоимости выполнения работ. Поэтому при проектировании новых
промышленных зданий их объемно-планировочные и конструктивные
решения должны обеспечивать не только большую ремонтопригод-
ность, но и возможность максимального использования существующих
площадей здания при будущих перепланировках.
Расчеты многих авторов [34, 65, 87] показывают, что удельные капи-
тальные вложения на реконструкцию и расширение предприятий со-
ставляют 55—60%, на техническое переоснащение — 35—40% от нового
строительства. Однако трудоемкость работ в среднем на 20—30% выше,
чем на новых объектах. Это объясняется необходимостью производства
работ в действующих цехах, где ограниченный фронт работ препятст-
вует применению сборных типовых конструкций и использованию со-
временной высокопроизводительной строительной техники. Кроме
того, монтаж конструкций часто сопряжен с разборкой существующих
элементов здания, что удорожает производство работ и увеличивает их
трудоемкость. Так, затраты труда на устройство 1 м3 бетонных фунда-
ментов при реконструкции транспортного производственного здания в
г. Выборге были в среднем на 30% больше, чем при строительстве та-
ких же фундаментов нового здания. Необходимо учитывать также, что
стоимость весьма трудоемких разборочных работ при реконструкции
зданий зачастую составляет 15—20% от общей стоимости всех строите-
льно-монтажных работ.
В зависимости от отношения объемов строительно-монтажных ра-
бот к объемам капитальных вложений переустройство промышленных
предприятий можно условно разделить на три основных вида [81]: рас-
ширение, реконструкция и техническое перевооружение.
Расширение промышленного предприятия связано со строительст-
вом новых цехов или увеличением площадей действующих цехов и
производств существующего производственного предприятия.
200
Реконструкция связана с обновлением производства путем частич-
ной или полной смены технологического оборудования. При реконст-
рукции изменяется объемно-планировочное решение существующего
здания (шаг колонн, пролеты, высоты производственных помещений)
и частично его конструктивное решение.
Техническое перевооружение связано с заменой морально устарев-
шего и модернизацией существующего оборудования, с выборочным
ремонтом конструктивных элементов здания и его инженерного обору-
дования.
Практика переустройства и модернизации промышленных предпри-
ятий показывает, что иногда трудно провести четкую границу между
отдельными видами переустройства производственных предприятий.
Например, блокировка новых цехов с перестроенными существующи-
ми позволяет сделать реконструкцию предприятия наиболее рентабе-
льной за счет уменьшения периметра наружных стен, общих теплопо-
терь здания и площади застройки.
Опыт реконструкции паровозного депо на станции Ленинград-пас-
сажирский-Московский в тепловозное и электровозное (1980—1990 гг.)
также показал рациональность кооперирования и блокировки новых и
существующих перестраиваемых зданий. Ниже представлены данные о
дополнительных производственных площадях (в м2), которые удалось
использовать, сблокировав новый цех подъемочного ремонта электро-
возов с производственными помещениями круглого депо. Из данных
видно, что блокировка нового цеха с существующими производствен-
ными помещениями позволила уменьшить общую производственную
площадь на 19,5% (общая площадь здания 5468, площадь реконструи-
руемой части 1061 м2):
Цех подъемочного ремонта электровозов............3194
В том числе мастерские...........................1214
Реконструируемые цехи круглого депо..............1061
В том числе:
ремонтный......................................141
монтажный......................................144
комплектовочный................................262
компрессорный..................................102
При планировании реконструкции производственных зданий дово-
льно часто сталкиваются с необходимостью учета эксплуатационной
надежности основных конструкций зданий, подлежащих переустройст-
ву. Большие износы элементов здания ведут к удорожанию стоимости
реконструкции, так как приходится уменьшать шаг колонн, создавать
201
дополнительный железобетонный или стальной каркас, усиливать от-
дельные конструкции.
При большой амортизации здания экономический эффект от сни-
жения капитальных затрат на его реконструкцию может быть в значи-
тельной степени утрачен из-за низкой эксплуатационной надежности
существующих основных конструкций здания. Поэтому при техни-
ко-экономических обоснованиях реконструкции промышленных пред-
приятий необходимо учитывать техническое состояние основных и
ограждающих конструкций существующих зданий.
Таким образом, одно из главных преимуществ реконструкции свя-
зано с фактором времени. При выборе оптимальных вариантов необхо-
димо учитывать не только факторы технологии производственных про-
цессов предприятия, но и факторы, связанные с эксплуатационной
надежностью реконструируемых зданий, с возможностью обеспечить
рациональную организацию и технологию работ по их переустройству.
Кроме этого, необходимо учитывать моральный износ основных фон-
дов производственного предприятия.
В связи с большим удельным весом затрат на реконструкцию в це-
лом по стране необходимо разработать специальные нормативы затрат
для определения экономической эффективности реконструкции суще-
ствующих зданий и сооружений, которые учитывали бы различные
факторы, наиболее часто встречающиеся при проектировании, в част-
ности объемно-планировочные параметры зданий, их конструкции,
эксплуатационную надежность элементов каркаса и их износ. Все это
даст возможность планировать на перспективу общие капиталовложе-
ния на переустройство промышленных предприятий, что позволит по-
высить эффективность реконструкции.
6.4. ДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗДАНИЙ
Реальные модели надежности зданий являются моделями восста-
навливаемых систем с разнотипными элементами. Поэтому расчет их
характеристик с учетом восстановления представляет еще более слож-
ную задачу, чем рассмотренные в п. 6.2.
Из-за сложности соотношений, входящих в формулу (6.18), опреде-
ление оптимальных периодов и время ремонтов конструкций промыш-
ленных зданий встречает значительные математические трудности.
Они связаны в первую очередь с тем, что планирование восстановите-
льных работ необходимо увязывать не только с надежностью промыш-
ленного здания, но и с успешным функционированием оборудования,
его модернизацией и заменой. Поясним сложность такой задачи следу-
ющим примером.
202
Пусть необходимо спланировать на 7V лет работу производственного
предприятия, располагающего оборудованием, имеющим некоторый
физический и моральный износ, и зданием, прослужившим t лет.
Предприятию установлено ориентировочное задание и показатели сто-
имости основных фондов и себестоимости продукции на весь плано-
вый период. Чтобы повысить рентабельность предприятия, дирекция
вынуждена каждый год выбирать между тремя следующими альтерна-
тивами:
1) продолжать эксплуатацию предприятия;
2) модернизировать некоторые участки производства (техническое
перевооружение);
3) полностью реконструировать предприятие.
При этом нужно определить последовательность и продолжитель-
ность эксплуатации существующего здания с учетом износа оборудова-
ния и основных строительных конструкций для получения максималь-
ного экономического эффекта на весь плановый период. Необходимо
также рассчитывать эффективность применения каждого варианта,
чтобы иметь возможность оценивать альтернативные решения.
Решение такой задачи для N= 10 лет путем простого перебора по-
требует рассмотрения З10 = 59049 вариантов. Практически проектные
организации, занимающиеся проектированием реконструкции про-
мышленных предприятий, при технико-экономических обоснованиях
реконструкции производственных предприятий рассматривают
один-два варианта, кажущихся эффективными априори.
В работе [70] показано, что методы динамического программирова-
ния дают возможность при решении рассматриваемой задачи сплани-
ровать на перспективу сроки эксплуатации основных фондов предпри-
ятия, их ремонта и замены.
Если эффект перспективного планирования работы предприятия
оценить величиной прибыли, получаемой от реализации продукции, и
обозначить ее за весь срок планирования через Q(J), то задача заключа-
ется в том, чтобы максимизировать величину Q(t) в результате выбора
ряда решений: эксплуатировать существующие основные фонды пред-
приятия, и в том числе здание (Э); модернизировать их с целью повы-
шения дохода (М); полностью реконструировать (Р).
При общем количестве этапов планирования W размер прибыли
предприятия на любом Z-ом этапе зависит как от времени t, так и от
последовательности предыдущих выборов w. Иными словами, макси-
мальный доход предприятия вполне определяется оптимальными дохо-
дами QM, Q/\M на каждом этапе и состояниями предприятия
Sb S2, ..., Sn в процессе его эксплуатации.
Рассматривая последовательности решений при выборе возможно-
стей Э, М или Р вида W|(/), wi(t) ... w^t), необходимо иметь ввиду, что
203
они должны быть строго фиксированы, т. е. каждому решению w, дол-
жно отвечать определенное состояние S, производственного предприя-
тия. При этом, каковы бы ни были щ и Sh последующие решения дол-
жны обеспечивать оптимальную стратегию относительно состояния,
получающегося в результате первого решения.
Зная состояние предприятия на последнем этапе планирования с
оптимальным общим доходом ОМО, можно перейти к анализу двух по-
следних этапов. В результате будет получена еще одна простейшая оп-
тимизация. Продолжая анализ, можно определить, наконец, решение
для первого этапа и одновременно подсчитать максимальную прибыль
предприятия.
Поскольку оптимальная сумма доходов на первых W — 1 этапах
^Q(r) является фиксированной, оптимизация общего дохода эквива-
/--I
лентна оптимизации дохода только последнего этапа:
тах£?(Г) = ^ (?(/) +
i=\ (6.28)
Из уравнения (6.28) видно, что не обязательно рассматривать в пер-
вую очередь оптимальный доход, получаемый предприятием на первых
/V— 1 этапах планирования, чтобы найти общее оптимальное решение.
Очевидно, что все необходимые данные заключены в последнем этапе
и в последнем оптимальном состоянии.
Так как нельзя определить заранее, какое из трех возможных состо-
яний производственного предприятия 5Э, 5М, 5р, может дать на послед-
нем этапе наибольший доход Q, то необходимо проанализировать три
возможные решения, одно из которых и будет оптимальным.
Если обозначить оптимальный доход на последнем этапе (7^, то по-
сле принятия оптимального решения на предпоследнем этапе, макси-
мизирующего общий доход двух последних этапов, будем иметь
max QNi л,_, (Г) = £„_,(/) + Q, = Q,v_,. (6.29)
Общая отдача в течение всего срока эксплуатации предприятия со-
ставит
max ()(/)== YQ(t) + QN-i-
(6.30)
Из равенства (6.30) видно, что оптимальный доход предприятия на
последнем этапе зависит от решения, принятого для этого этапа. Та-
ким образом, многошаговый процесс планирования разбивается на ряд
204
весьма несложных этапов решения, благодаря которым достигается
цель получения максимального дохода производственным предприяти-
ем от правильного выбора возможностей Э, М и Р на весь период пла-
нирования.
Необходимо отметить, что задачу максимизации величины Q(t) при
перспективном планировании процесса восстановления можно было
бы в принципе решить классическими методами математического ана-
лиза, т. е. выразить величину Q(t) как функцию нескольких парамет-
ров:
Q(t) =f(Px>\Ux', ргг2и2-,к \ pKrNuK), (6.31)
где /1|. Г|. »|. — параметры, характеризующие решение па первом этапе; р2, г2, и2 — па
втором этапе и так далее.
Затем можно определить совокупность значений /?[, и, i/j, ..., /?n, /'n,
i/n, при которых величина Q(t) в формуле (6.31) обращается в макси-
мум.
Однако решение уравнения (6.31) методами математического анали-
за при большом числе этапов очень затруднительно по следующим
причинам:
а) дифференцирование выражения типа (6.31), состоящего из ряда
функций, может оказаться весьма сложным;
б) чтобы получить максимум для Q(f), необходимо проверить на эк-
стремальность граничные значения функций, а также испытать все
комбинации граничных значений и внутренних максимумов по этапам.
Кроме того, способ дифференцирования вообще неприменим, если
Q(t) — разрывная функция или параметры р, г и и меняются не непре-
рывно, а скачками.
Поэтому для модели реновации промышленных зданий наиболее
целесообразно использовать аппарат функциональных уравнений ди-
намического программирования, который дает возможность избежать
отмеченных выше математических трудностей при решении данной за-
дачи.
Пусть Ср(/) и С(Т) — соответственно затраты на реконструкцию и
реновацию производственного предприятия; /</) и /( Т) — доходы суще-
ствующего и реконструированного предприятия; и(г) — затраты на экс-
плуатацию существующего оборудования и здания, и(Т) — затраты на
эксплуатацию модернизированного технологического оборудования и
реконструированного здания; S(t) — реновационная стоимость основ-
ных фондов предприятия в момент времени Г, Q^(t, 7) — доход пред-
приятия за Т лет эксплуатации, приведенный к началу А-го периода.
При этом оптимальная стратегия заключается в том, чтобы максимизи-
ровать величину Q^t, Т) для предприятия возраста г, если обновление
205
основных фондов, и в том числе их пассивной части (зданий и соору-
жений), проведено в начале периода Т.
Тогда на основании динамического программирования можно запи-
сать следующее рекуррентное соотношение [61] для оптимизации ве-
личины 7):
T)-uk_,(t + \, T) + aQk^ + h Т)
Qk(t, 7) = max
W' + K k)-uk_,(t + \, k)-Cpk„(t, T) +
+uQk,i(t +1, k)
rk(\, k)-uk(\, k) +Sk^,(t, T)-Ck_,(t, 7’) + a(2i+1(l, k)
(6.32)
где a — коэффициент приведения затрат.
При наличии двух параметров состояния 1 и Трешение задачи с по-
мощью соотношения (6.32) возможно лишь на ЭВМ при условии, если
период планирования Т невелик (5—10 лет), а функции затрат будут та-
булированы. Для более общих условий задачи использование уравне-
ния (6.32) затруднено даже при применении мощных ЭВМ.
Покажем здесь, что использование метода, основанного на динами-
ческом программировании, дает возможность частичного обхода этих
трудностей [28]. Основные уравнения, оптимизирующие систему, за-
писываются в виде
Qk при k = V,
j = i + 1
Р,
'-А
0 для
j = Т при
других j
Л = 1;
\Pk-i j = k-\
^=1-А-2 j = T
[о для других j
при к > 1;
(6.33)
Q- = 5,(/)-СА._2(г)-«,.2(/)+ /;_,(/). (6.34)
Пусть А[, А}, ... — счетная последовательность состояний с матри-
цей перехода Р= (Ру), где Ру — вероятность того, что система в момент
времени t + 1 находится в состоянии j, если известно, что в момент 1
она была в состоянии i.
206
Сопоставим каждому ненулевому элементу Ру матрицы вероятно-
стей перехода функцию распределения Fy{t) неотрицательной случай-
ной величины (у. Тогда система остается в состоянии А, в течение вре-
мени ty прежде, чем перейдет в состояние Л,.
Так как Fy{t) соответствует нормальному распределению, то, следо-
вательно, здесь мы имеем марковский процесс с непрерывным време-
нем [26]. Поэтому для оптимизации системы правомерно использовать
итерационный аппарата динамического программирования [70].
Функции Pv{f) вычисляются из распределения Гаусса, а функции
С(/), 5//), «(/) и /(/) задаются исходя из срока планирования, коэффи-
циента приведения затрат а, данных о реновационной стоимости су-
ществующего здания и стоимости реконструкции.
Таким образом, рассмотренные модели динамического процесса
восстановления дают возможность при определении эффективности
капиталовложений учитывать динамические свойства процесса, т. е.
влияние износа зданий и сооружений в зависимости от времени, а так-
же изменение эксплуатационных расходов, амортизационных отчисле-
ний и стоимости ремонтов основных фондов предприятия.
6.5. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА РЕШЕНИЯ ОБЩЕЙ ЗАДАЧИ
О РЕНОВАЦИИ
Так как при решении задачи о реновации производственных зданий
можно не рассматривать варианты, связанные с заменой существую-
щих зданий на новые, функциональное уравнение (6.32) может быть
преобразовано к следующему виду:
Qr(t) = max
>r(O-«r(/) + Qr+l(^ + l)
/y(0)-i/r(0)-Sr(/)+Grtl(l)
(6.35)
Верхняя строчка правой части функционального уравнения показы-
вает прибыль предприятия в случае решения продолжать эксплуатиро-
вать существующие фонды на определенном шаге планирования (Э),
нижняя строчка — прибыль предприятия при решении его реконструи-
ровать, что равносильно реконструкции производственного предприя-
тия (Р). Так как необходимо максимизировать прибыль предприятия
по этапам планирования, то при сравнении вариантов Э и Р следует
выбирать тот, который дает ее в наибольшем размере. Выше было от-
мечено, что решение такой задачи потребует анализа большого количе-
ства вариантов, если искать оптимум путем простого перебора. Испо-
льзование метода динамического программирования дает возможность
обойти эти вычислительные трудности.
207
Предложенный метод позволил решить несколько важных задач,
которые нашли применение в практике эксплуатации производствен-
ных предприятий и дали возможность получить значительный эконо-
мический эффект от правильного выбора сроков эксплуатации основ-
ных фондов предприятия, в том числе их пассивной части (зданий и
сооружений), и их реконструкции.
Рассмотрим один из примеров прикладного использования указан-
ного метода для перспективного планирования капитальных вложе-
ний на 5 лет для завода Метробетон. Здания и сооружения завода на-
ходились в эксплуатации около 20 лет. На основании гауссовских
кривых были определены износы основных конструкций и среднего-
довые затраты на их текущий ремонт. Основная цель поставленной
задачи оптимизации заключалась в том, чтобы предусмотреть увели-
чение валовой продукции завода к концу планового периода в 1,3—1,5
раза при минимальных капиталовложениях в модернизацию произ-
водства.
Анализ основных технико-экономических показателей завода за три
предшествующих года показал, что объем валовой продукции увеличи-
вался в среднем на 2—3% в год вместо 9—10% по плану. Общая стои-
мость основных фондов завода составила 22 560 тыс. руб., затраты на
функционирование предприятия (заработная плата, материалы, элект-
роэнергия, эксплуатация оборудования и т. д.) ежегодно увеличивались
на 3%. При этом среднем увеличении объем валовой продукции завода
железобетонных конструкций должен был составить в первый год пла-
нирования 46350 тыс. руб., затраты на содержание предприятия с уче-
том стоимости ремонтов зданий и сооружений — 39 040 тыс. руб. На
основе этих показателей были получены данные для перспективного
планирования с учетом реновации зданий (табл. 6.1-6.6).
Таблица 6.1
Планируемые затраты завода
Год планового периода Базисный год Годы пятилетия
1 2 3 4 5
Период, /, год 0 1 2 3 4 5
Объем валовой продукции за- вода г. тыс. рубк 45000 46350 47740 49170 50650 52160
Затраты на содержание ц, тыс. рубк 37900 39040 40740 41960 43220 44520
Общие затраты на содержание оборудования завода, а также зданий с учетом износа .5,. тыс. рубк 1910 2050 2610 2740 2940 3310
208
Таблица 6.2
Показатели модернизации в первый год планирования
Год планового периода 1 2 3 4 5
/ 0 1 2 3 4
г 49600 50980 52510 54080 55700
ч, 41690 42940 44220 45560 46930
S, 2050 2610 2740 2940 3370
Таблица 6.3
Показатели модернизации во второй год планирования
Год планового пе- риода 1 3 4 5
t 0 1 2 3
г 54450 56080 57760 59490
ut 45860 47230 48650 50110
S, 2610 2740 2940 3370
Таблица 6.4
Показатели модернизации в третий год планирования
Год планового периода 3 4 5
1 0 1 2
г 59900 61690 68540
«г 50450 51960 53520
2740 2940 3370
Таблица 6.5
Показатели модернизации в четвертый год планирования
Год планового периода 4 5
/ 0 1
Г 65880 67850
Ч, 55500 57170
S, 2940 3370
Таблица 6.6
Показатели модернизации в пятый год планирования
Год планового периода 5
f 0
г 72470
ut 61050
S, 3370
14 Заказ № 788
209
Рассмотрим, как были получены данные, например в табл. 6.1. Если
в течение всего срока планирования не модернизировать оборудование
завода и не делать профилактических ремонтов конструкций зданий,
то выпуск валовой продукции при среднем увеличении 3% в год дости-
гает в первом году 46 350, во втором — 47 740, в третьем — 49 170 тыс.
руб. и т. д., затраты на содержание предприятия при среднем увеличе-
нии на 3% в год составят в первом году 39 040, а во втором —
40 740 тыс. руб. и т. д. Аналогичным образом были спланированы
основные показатели завода на перспективу (табл. 6.2—6.6), однако в
начальный период планирования (нулевой период) увеличение объема
валовой продукции принято не расчетное, а планируемое, т. е. 10% в
год; в пятой строке таблицы показаны затраты на модернизацию
основных фондов предприятия, в том числе их пассивной части, с уче-
том износа.
Рассмотрим процесс решения данной задачи на основе метода ди-
намического программирования. Зная основные технико-экономиче-
ские показатели завода железобетонных конструкций в базисном году,
необходимо предусмотреть в плане развития завода на пятилетие капи-
таловложения для максимального увеличения объема выпускаемой
продукции при минимальных затратах на модернизацию основных
фондов. Таким образом, задача сводится к следующему: найти самый
рациональный вариант капиталовложений в реновацию предприятия и
рассчитать общий доход и затраты завода в зависимости от выбранного
варианта.
На основе динамического программирования [61] перспективное
планирование необходимо начинать с последнего этапа, т. е. с рас-
смотрения того, что нужно сделать в пятом году планирования. По
формуле (6.35) для решения «эксплуатировать» существующие основ-
ные фонды завода (вариант Э) получаем 2j(l) = 67 850 - 57 170 =
10 680 тыс. руб., а для решения «реконструировать» (вариант Р) имеем
С?5(1) = 72 470 - 61 050 - 3370 = 8050 тыс. руб.
Следовательно, для / = 1 должно быть выбрано решение «эксплуа-
тировать». Этот результат заносим в расчетную таблицу в столбец для
пятого года планирования (табл. 6.7). Аналогичным образом могут
быть рассмотрены другие варианты. В таблице приведены окончатель-
ные результаты расчета, здесь же даются качественные оценки приня-
тых решений для каждого года планирования.
Как видно из табл. 6.7, для первого года имеется единственное ре-
шение — эксплуатировать существующие основные фонды промыш-
ленного предприятия. Оценка этого решения 40770 тыс. руб. По табли-
це определяем также оптимальные решения для второго, третьего и
других лет планирования. Обшая последовательность решений будет
иметь вид ЭЭРЭЭ, т. е. эксплуатировать существующее оборудование,
210
здания и сооружения завода в первом, втором, четвертом и пятом годах
пятилетки и реконструировать основные фонды предприятия на тре-
тьем году планирования.
Общие технико-экономические показатели завода железобетонных
конструкций на перспективу сведены в табл. 6.8. Из этой таблицы вид-
но, что объем выпускаемой продукции к концу планируемого периода
увеличится почти в 1,4 раза, а потребные капиталовложения составят
всего 2740 тыс. руб. Сумма прибыли предприятия при этом за пять лет
будет 40 770 тыс. руб.
Таблица 6.7
Расчетные данные
Год планирова- ния 5 4 3 2 1
1 10 680 Э 19 750 Э 27 340 Э 34 500 Э 40 770 Э
2 10 020 Э 18 490 Э 26 460 Э 33 460 Р -
3 9380 Э 18 120 Р 26 460 Р - -
4 8770 Э 18 120 Р - - -
5 8050 Р — — - -
Таблица 6.8
Оптимальное решение
Год плани- рования 1 2 3 4 5 Итого
Решение Э э м Э Э
46 350 47 740 59 900 61 690 63 540 279 220
39 040 40 740 50 450 51 960 53 520 -235 710
- - 2740 - - -2740
Итого 40 770
JleiKO показать, что любая другая последовательность решений, от-
личающаяся от оптимальной, даст меньший общий доход предприя-
тию. Если например, эксплуатировать существующее оборудование за-
вода, его здания и сооружения весь срок планирования, не прибегая к
модернизации оборудования и ремонтам основных конструкций, то
общая оценка этого решения (табл. 6.1) составит 22 940 тыс. руб., что
меньше оптимального на 4180 тыс. руб. Если модернизировать пред-
приятие только к пятому году планирования, то суммарный доход его
составит 37 000 тыс. руб., т. е. будет тоже меньше оптимального. На
рис. 6.3 представлены данные кумулятивного увеличения дохода завода
211
С, тыс pyS.
Рис. 6.3. График кумулятивного
увеличения дохода предприятия
по этапам планирования
/ — эксплуатация существующих (фондов
предприятия; 2 — модернизация фондов на
3-н год планирования (оптимальный вариант):
5— то же, на 5-и год планирования
для различных вариантов. Как вид-
но, суммарный доход предприятия в
любом отмеченном варианте меньше
оптимального, полученного в резу-
льтате расчета по предложенному
методу.
Таким образом, практические
расчеты, связанные с определением
оптимального варианта реновации и
реконструкции промышленных зда-
ний, выполненные с учетом повы-
шения эффективности использова-
ния основных фондов предприятия,
дали возможность максимизировать
общий доход за счет оптимального
распределения затрат на реконструк-
цию во времени. Использование та-
кого рода расчетов показало их вы-
сокую эффективность для
перспективного планирования ре-
конструкции зданий и максимиза-
ции общего дохода предприятия на
весь срок планирования.
212
Глава 7
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССА РЕМОНТА ЗДАНИЙ
7.1. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ
Основные особенности и тенденции развития системы техническо-
го обслуживания и ремонта зданий заключаются в том, что на эти про-
цессы все большее влияние оказывают такие факторы, как рост разме-
ров зданий, их специализация, повышение оснащенности инженерным
оборудованием, более жесткие требования к условиям эксплуатации
конструктивных элементов. В этих условиях важное место занимают
вопросы оптимизации системы технического обслуживания и ремонта
зданий и сооружений.
Физическая сущность оптимизации системы эксплуатации объектов
состоит в том, чтобы найти такую последовательность и продолжитель-
ность межремонтных периодов, при которой процессы износа строите-
льных конструкций и строительные процессы по техническому обслу-
живанию приведут к минимальному объему ремонтных работ.
В целях выявления зависимостей эксплуатационных характеристик
здания представим его как техническую систему, состояния которой в
случайные моменты времени /с, изменяются по схеме
(7.1)
Выше было отмечено, что процесс эксплуатации здания является
сложным стохастическим процессом, исследование которого в комп-
лексе затруднено в связи с необходимостью анализа большого числа
случайных факторов, влияющих как на время функционирования от-
дельных элементов, так и на время их ремонта и замены.
Для практического решения этой задачи в работе использован метод
статистического моделирования, который позволяет представить про-
цесс эксплуатации здания в виде вероятностной модели, тождествен-
ной в основных чертах рассчитываемому процессу.
213
Рис. 7.1. Графическое изображение процесса эксплуатации
промышленного здания из типовых унифицированных секций
Метод статистического моделирования позволяет решать весьма
сложные задачи и обладает существенными преимуществами перед
аналитическими методами. Он дает возможность учитывать особенно-
сти функционирования такой сложной системы, как здание, позволяет
использовать любые законы распределения случайных величин и имеет
довольно простую вычислительную схему. В работах [26, 83] показаны
обширные возможности использования метода статистических испыта-
ний для анализа функционирования сложных систем.
Для моделирования на ЭВМ процесса функционирования здания
состояние системы можно выражать в двойной системе счисления.
При этом состояние основных несущих конструкций в случае их исп-
равности записывается единицей, а в случае отказов конструкций —
нулем.
На рис. 7.1 дано графическое изображение процесса эксплуатации
промышленного здания, состоящего из типовых унифицированных
секций (УТС).
Если обозначить /,д, момент /-го отказа конструкции к-го типа;
tpki — момент окончания /-го ремонта конструкции /с-го типа; т|Л —
интервал времени от момента (/—1)-го восстановления до момента /-го
отказа к-й конструкции здания, — интервал времени от момента
/-го отказа до окончания /-го восстановления к-й конструкции здания,
то можно записать
214
ukl — tpkl ’
Ipk\ kik\ + ’
hikl ~ ^/>*1 + TiiA2>
f/<*2 “ ^«*2 + TM2’
С/Az kui i
? fiki — uki pki'
(7.2)
Как показано в предыдущих главах настоящей книги, интервалы т„х/
и т^.,. могут рассматриваться как реализации непрерывных случайных
величин t„ и tp, характеризующих время исправной работы и время вос-
становления конструктивных элементов к-го типа.
Поэтому при моделировании решения задачи можно поступить сле-
дующим образом. Сначала определить моменты только первого отказа
у каждого типа конструкций здания. Затем по наименьшему из полу-
ченных моментов времени моделируется первый переход системы из
состояния Ал в Ас/ (7.1). Далее состояние Aci анализируется на отказ.
Следующим этапом является моделирование последующего изменения
состояния для типа конструкции здания, имевшего наименьший мо-
мент первого изменения. Полученный таким образом новый момент
времени учитывается для получения нового состояния системы ЛС2-
Дальнейший анализ ведется по аналогии с первыми двумя этапами ре-
шения до тех пор, пока время очередного состояния не превысит сред-
него межремонтного срока службы здания /м.
Далее можно подсчитать общее число Л/ зафиксированных отказов
системы в интервалах [0, гм] и оценить вероятность отказа Q(rM) по час-
тоте Q(tM) = M/N', где /V' — число всех опытов.
Имея в виду, что теоретической основой метода статистических ис-
пытаний является закон больших чисел, при бесконечно большом уве-
личении числа опытов W можно достигнуть (при определенных услови-
ях расчета) предельного равенства среднего арифметического числа
наблюдений случайной величины и математического ожидания ее.
7.2. ФОРМИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЯ НА ЭВМ
Принципы формирования первого состояния здания были раскры-
ты в начале этой главы. При моделировании этого состояния на циф-
ровой ЭВМ запись начальной информации, при которой т типов кон-
струкций здания были исправны, заносится в память машины.
215
Если состояние здания в момент времени /тождественно отказу А-го
типа конструкции при общем их количестве, например 10 (т = 10), то Aci
- АСк, а признак отказа к-го типа элемента будет записан в виде числа,
где ноль (отказ) находится на месте к-го разряда в дробной части запи-
санного числа Acj = 0,1111011111.
Состояние системы Aci анализируется на отказ и если с учетом воз-
можностей ремонта А-го типа конструкции здание в целом нельзя счи-
тать отказавшим, то можно приступить к формированию второго со-
стояния у к-го типа конструкции.
Прежде всего необходимо учесть длительность восстановления
У = fvK (/)<//,
i (7.3)
где vk(f) — функция длительности ремонта. Определенный по формуле (7.3) момент вре-
мени г„К| = /ОК| + записывается в память ЭВМ.
Затем снова определяется наименьший из всех записанных в памяти
машины моментов времени изменения состояния элементов, т. е. tci =
^2min.
Следующее состояние системы /1С2 формируется несколько сложнее,
так как здесь необходимо учесть две следующие возможности. Во-пер-
вых, к моменту гС2 может быть полностью восстановлен А-й тип конст-
рукции здания. Во-вторых, в момент времени /С2 может отказать еще
один тип конструкции. Анализ этих состояний производится следую-
щим образом:
I) при восстановлении /-го типа конструкции предыдущее состоя-
ние системы Ac,-i логически складывается (поразрядно) с признаком
восстановления этого типа элемента
Л; = (7-4)
2) при отказе гр-го типа конструкции предыдущее состояние систе-
мы АС1-\ логически умножается (поразрядно) на признак отказа этого
элемента
Л, = Д,-, & Л, • (7.5)
Например, в случае, если к моменту /с2 конструкции к-го типа вос-
становлены, то в соответствии с (7.4) имеем /1С2 = ДрД,А. =
= 0,11110111111,000010000 = = 1,1111111111.
Если при /с2 возникнут отказы у конструкции р-го типа, то по фор-
муле (7.5) получим
Д2 = Ал&Др = 0,1111011111&0,1111110111 = 0,1111010111.
216
Рис. 7.2. Габаритная схема одноэтажного промышленного здания (с)
и структурная схема его работоспособности (б)
Таким образом, вышеихпоженный процесс формирования состоя-
ний эксплуатируемого промышленного здания может производиться с
помощью ЭВМ до тех пор, пока не будет зафиксирован первый отказ
всей системы за время меньшее или равное гм, или же пока tcj не станет
больше tM. В этом случае моно анализировать безотказную работу зда-
ния совместно с анализом времени на ремонты здания за время /м.
В связи с тем, что мы рассматриваем постепенную схему износов
здания, критерием отказа в этом случае может служить износ основных
несущих конструкций в пределах 70% (состояние здания аварийное). В
условиях эксплуатации такое состояние здания приводит к следующей
альтернативе: или немедленный ремонт (реконструкция) здания или
снос существующего здания и замена его новым. Поэтому в качестве
критерия оптимальности при планировании ремонтов здания может
служить общая стоимость реновации. Рассмотрим условие работоспо-
собности производственного здания из унифицированных элементов,
представленных на рис. 7.2. Нами было показано, что можно описать
счетное множество всех состояний здания и разбить его на подмноже-
ство работоспособных и неработоспособных состояний. В гл. 6 выявле-
но. что, например, для транспортных производственных зданий стои-
мость восстановления несущих и ограждающих конструкций при
капитальном ремонте составляет от 20 до 30% от обшей стоимости ка-
питального ремонта. Поэтому состояние здания по критерию стоимо-
217
сти можно считать неработоспособным, если стоимость ремонта
основных конструкций или их замены составляет более 30% стоимости
капитального ремонта. На рисунке показана схема, устанавливающая
основные зависимости работоспособности отдельных основных конст-
рукций здания.
Исходя из структурной схемы работоспособности рассматриваемого
одноэтажного промышленного здания условие надежности можно за-
писать в виде функции алгебры логики [40]
у = (Х,,Х2, ..., Х10) = (%! & Х3 & X- & х7&ХГ) & X|u)v
v (x2&x4&x6&xlt&x9&x10)v
v (х1&х3&х7&х2&х4&х>1&х9) v (7.6)
V (х, & х 2 & х3 & х4 & х, & х9&Х|„ ).
В матричной форме условие (7.6) может быть представлено в виде
y(xt,
х,х3х7 *5*10 *2*4*8 х9
, *!<)) = х2х4х1()
Х6
х,х3х,
(7-7)
Исходя из задачи исследования и моделирования процесса ремонта
производственного здания, условие работоспособности можно запи-
сать в следующем общем виде:
y(xl,...,x„) = C]PJ =||У,||, (7.8)
а условие неработоспособности соответственно
У(х,, ...,X„) = vPy =|^|| .
В уравнениях (7.8) и (7.9) элементарные конъюнкции должны быть
одного и того же максимального ранга (г = п). Для этого запишем мат-
рицу работоспособности в виде
И*
Х|Х2Х3Х4Х5ХбХ7Х|(Х9Х10
Х1Х2Х3Х4Х5Х6Х7Х|,Х()Х1()
Х|Х2Х3Х4Х5Х{,Х7Х|)Х,Х|0
Х|Х2Х3Х4Х5Х6Х7ХцХ9Х1(|
(7.10)
218
Матрица (7.10), составленная для наиболее рспространенной схемы
одноэтажных промышленных зданий, дает возможность решать задачу
долгосрочных прогнозов эффективности их эксплуатации. По анало-
гии с матрицей (7.10) могут быть составлены модели работоспособно-
сти одноэтажных промышленных зданий с любым числом пролетов и
различными объемно-планировочными параметрами. На основе этой
матрицы для решения задачи о реновации здания на ЭВМ можно со-
ставлять диагностические матрицы с двоичными элементами ||)<|| или
ЦИ/Ц. Например, для состояния ||)<||
0 10 1
матрица (7.10) будет иметь вид
0 10 10 0
I 10 0 0 1
10 1 1 0 0‘ (7И]
0 1110 0
0 0 0 0
Так как состояние системы для решения задачи на ЭВМ удобно вы-
разить в двоичной системе счисления, то при каком-то i признаком ра-
ботоспособности здания будет
Ad v Yi = 1 -2 ", при некотором i = 1, 2, к , d. (7.12)
Если при всех i
4-V Г;<1-2*",
(7.13)
это свидетельствует об отказе здания в целом.
Рассмотрим следующий случай. В момент времени f, в состоянии
отказа находятся только фундаменты Х| и хг, а в момент времени 4 —
фундаменты х(, подкрановые балки х$, стеновые панели x-j и xg. Под-
черкнем здесь еще раз, что в данной задаче планирования эксплуата-
ции производственного здания рассматривается экономическая мо-
дель, при которой отказ здания связан с определенными объемами
ремонтных работ по основным его конструкциям, а не с выходом эле-
ментов здания из строя по причинам разрушений, деформациям и т. п.
Вычисление состояния Ас1- произведем с помощью матрицы (7.11).
Будем иметь
У, v Лс> = 0,0101010100 v 0,0011111111 =0,0111111111 < 1-2-'°
У2 v Aci =0,0000110001 v 0,0011111111 = 0,0011111111 < 1 -2-'°
Г3 V Aci =0,1010101100 V 0,0011111111 = 0,1011111111 < 1-2-“’
Г4 V Лс/ = 0,0000011100 V 0,0011111111= 0,0011111111 < 1 -2-10
(7.14)
219
Аналогичным образом для состояния Ас^ будем иметь:
Г, v Аа = 0,0101010100 v 0,0111010011 =0,0111010111 < I-2-10
K,v Ack =0,0000110001 V 0,0111010011 =0,0111110011 < 1-2-"’
K,v Ас, =0,1010101100 v 0,0111010011 =0,1 111 111 111 = 1-2ш
(7.15)
Ya v Аа =0,0000011100 v 0,0111010011 = 0,0111011111 < I-2 '°
Как видно из соотношений (7.14) и (7.15), несмотря на большое
число отказавших элементов, состояние здания Лс/< можно признать ра-
ботоспособным, исходя из критерия (7.12). Вместе с тем отказ фунда-
ментов Л'! и Х2 в момент времени t, приводит к отказу здания в целом по
критерию (7.13).
7.3. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ АЛГОРИТМА
ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
НА ЭВМ ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗДАНИЯ
На основании теоретических разработок, приведенных в п. 7.2,
была составлена операторная схема и алгоритм решения задачи на
ЭВМ*. Алгоритм статистического моделирования процесса эксплуата-
ции производственного здания описывается следующими операторами:
1 блок — ввод исходных данных;
2 блок — подготовка серии опытов;
3 блок — подготовка очередного опыта;
4 блок — определение моментов времени первого отказа всех эле-
ментов здания /„4/,
5 блок — определение минимального времени отказа rmjn;
6 блок — формирование состояний системы Д.,;
7 блок — анализ состояния системы на отказ;
8 блок — определение времени окончания восстановления конст-
рукций;
9 блок — проверка по длительности гм для всех элементов системы;
10 блок — формирование времени отказов;
11 блок — счет числа опытов, печать;
12 блок — счетчик числа серий;
13 блок — проверка условия /</•';
14 блок — остановка ЭВМ.
* Работа выполнена Л. С. Вашакидзс.
220
Рис. 7.3. Блок-схема алгоритма,
моделирующего процесс эксплуатации здания
Операторная схема алгоритма, моделирующая процесс функциони-
рования производственного здания, представляет собой следующий вид:
113 2 3 4 5 63 7
1111111? 1
Л, Д, В} Вд Вц Вь Bj В*
8 59 359 11
1 11 111 1
Д|(1 ^11 ^12
12
1 (7.16)
Л|4
На рис. 7.3 представлена блок-схема алгоритма, моделирующего
процесс эксплуатации одноэтажного производственного здания.
Блок-схема состоит из 14 взаимосвязанных блоков, из которых основ-
ными имитирующими являются блоки 2, 3, би 10. Остальные блоки
анализируют и обрабатывают полученную информацию.
Блок 1 состоит из двух подблоков. Первый подблок осуществляет
ввод следующих исходных данных: числа серий опытов; гм — время эк-
221
сплуатации; числа серий в опыте 7VC; числа основных эксплуатируе-
мых конструкций; параметр восстановления /,; вектор, определяющий
параметр распределения при отказе (средние сроки службы конструк-
ций). Во второй подблок вводится матрица — эталон отказов системы.
В блоке 2 ведется подготовка серии опытов. Для первого опыта пер-
вой серии имеем NC = 1, NO = 1.
В блоке 3 производится формирование исходного состояния Лс,-.
В блоке 4 анализируются параметры и признаки отказа, а также
формируются случайные числа интервалов времени безотказной рабо-
ты toW и моментов первого отказа конструкций /од,
Блок 5 состоит из двух подблоков. В первом подблоке производится
проверка условия /0*,< /м. Во втором подблоке выполняется анализ вос-
становления элемента А^ = 0.
В блоке 6 производится определение состояния элементов и форми-
рование на основании этого анализа очередного состояния системы Ас,
при отказе одного из элементов.
В блоке 7 выполняется анализ всего здания на отказ.
В блоках 8 и 9 производятся проверка восстановления системы и
сравнение времени функционирования с заданным временем эксплуа-
тации /н.
Если здание снова находится в работоспособном состоянии, то в
блоке 11 производится формирование времени отказов конструкций.
После проведения А' опытов заканчивается одна серия вычислений.
Блок 11 фиксирует ее результаты в соответствии с формулой
Ж) = 1 - N/N' (7.17)
и переходит к следующей серии опытов.
После подготовки данных блоками 1, 2, 3 и 4 формируются момен-
ты отказа для всех конструкций одноэтажного производственного зда-
ния, т. е. моменты Zo^, Если момент отказа к-й конструкции оказывает-
ся меньше нормативного времени эксплуатации здания /н, то он
записывается с признаком отказа /од
Когда моменты первого отказа оказываются смоделированными для
всех т элементов, управление передается блоку 5. Здесь определяется
наименьшее время наступления отказа из всех смоделированных вели-
чин Если это минимальное время оказывается меньше, чем задан-
ное время эксплуатации здания, то блок 6 передает управление блоку 7
для формирования первого состояния системы, т. е. числа Лс( Анализ
состояния >4С1 производится блоком 8.
При формировании z-го состояния системы Лс, рассматриваются два
возможных варианта. Если Aci > 0, то это означает отказ данного типа
конструкции, если /4С/- < 0, то это свидетельствует о восстановлении
конструкции.
Далее производится анализ числа Aci на отказ: если конструкция вос-
становлена, то управление передается блоку 10. Здесь производится фор-
222
мирование отказа у элемента-который был до этого восстановлен. Этот
новый смоделированный момент записывается в ячейку памяти ЭВМ.
Далее управление вновь передается блоку 5 для продолжения расчета.
Блок 8 для анализа состояний системы функционирует следующим
образом. Число Ас/ логически поразрядно складывается (умножается) с
числом, записанным в первой строке двоичной матрицы работоспо-
собности системы ||К|| (7.11).
Полученное в результате сложения число проверяется по условию
(7.13) на отказ. Невыполнение данного условия свидетельствует о нор-
мальном функционировании конструкции здания.
Если в результате анализа выясняется, что данное состояние систе-
мы /4С,- работоспособное, то управление передается блоку 9 для форми-
рования момента времени окончания восстановления конструкций,
которые перед этим моментом времени отказали. Этот момент записы-
вается в память ЭВМ. Затем управление вновь передается блоку 5 для
проведения дальнейшего расчета.
Если же в результате анализа окажется, что состояние здания в це-
лом характеризуется как отказ, то для последующего анализа фиксиру-
ется число Ас/-, при котором произошел этот отказ. Опыт заканчивается
либо по логическому условию блока 6, когда моменты отказов и вос-
становлений всех конструкций оказываются более нормативного срока
службы здания, что соответствует отсутствию отказов в системе за
время гн, либо в случае фиксации отказа системы блоком 8.
Счетчик блока 12 фиксирует данный опыт, и по условию А < /V'
управление передается блоку 3 для подготовки очередного опыта.
Необходимо отметить, что данный алгоритм расчета надежности од-
ноэтажных производственных зданий является универсальным.
Он позволяет анализировать состояние конструкций здания в про-
цессе эксплуатации как в случае, когда t = 0 (вновь построенное зда-
ние), так и в случае, когда t * 0 (эксплуатируемое здание).
Алгоритм пригоден для расчетов при различном числе конструктив-
ных элементов здания, т. е. дает возможность учитывать многообра-
зие объемно-планировочных и конструктивных решений как произ-
водственных, так и жилых зданий. В случае различного числа
пролетов зданий и их планировочных параметров будет изменяться
только матрица (7.11), сам же алгоритм и программа расчета остают-
ся без изменений.
7.4. РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ЗДАНИЙ НА ЭВМ
Рассмотрим пример расчета одноэтажного производственного зда-
ния, схема которого представлена на рис. 7.2. Исходные данные для
расчета приведены в табл. 7.1
223
Исходные данные для расчета
Таблица 7.1
X Наименование конструкции Межремонтный срок /м, год
Х|
А’? Фундаменты 50
Г-»
X» Колонны 50
Д'<
-Vft Подкрановые балки 20
*7
Стеновые панели 20 20
-v9 Фермы 20
ХЮ Плиты покрытия Таблица 7.2
Данные по эксплуатационной надежности здания
№ серин Вариант I (Г = I год) Вариант 2 (7 = 60 лет)
1 0.980 0,610
2 0,875 0.726
3 0,967 0.640
4 0,982 0.616
5 0.981 0,707
6 0,963 0,608
7 0.941 0,652
Двср = 0,965 = 0,651
Для межремонтных сроков Т взяты нормативные значения [15]. Сро-
ки производства ремонтных работ Гн приняты для двух вариантов рас-
чета: I - Тк = I год; 2 - Тп = 60 лет. Второй вариант равнозначен случаю,
когда здание за нормативный срок не ремонтируется.
Расчет производится на ЭВМ ЕС-1030. Общее время расчета 1,5 ч.
В табл. 7.2 приведены данные расчета эксплуатационной надежности
здания по каждому из вариантов. Из таблицы видно, что отсутствие ре-
монтных работ приводит к тому, что при Т = 60 лет состояние здания
можно расценить как неудовлетворительное. На рис. 7.4 и 7.5 представ-
лены данные по увеличению вероятности отказа здания.
На рис. 7.5 приведены данные по вероятности безотказной работы вос-
станавливаемой и невосстанавливаемой систем. Как видно из этого
224
Рис. 7.4. Увеличение вероятности отказа исследуемого здания
Рис. 7.5. Вероятность безотказной работы
восстанавливаемой и невосстанавливаемой систем
рисунка функция надежности невосстанавливаемой системы RH(t) до-
статочно быстро убывает, что свидетельствует о ненадежности здания
при отсутствии ремонта. Если же восстановление конструкции обеспе-
чивается, то вероятность отказа мала и составляет через 60 лет функцио-
нирования здания всего 5%. Это говорит прежде всего, что обший срок
эксплуатации, определяемый нормами амортизации [11], занижен.
В табл. 7.3 представлены данные по конкретной реализации отказов
исследуемого типа здания, которые наблюдались при моделировании
15 Заказ Ns 788
225
на ЭВМ. Они очень характерны и позволяют существенно упростить
подготовку и проведение ремонтных работ, если пренебречь сочетани-
ями маловероятных отказов систем элементов.
Как видно из таблицы, наиболее часто отказывают колонны и под-
крановые балки, колонны и стеновые панели, плиты покрытия и сте-
новые панели, а также фермы и стеновые панели.
Предложенный алгоритм расчета эксплуатационной надежности од-
ноэтажных производственных зданий универсален, так как не зависит
от объемно-планировочного и конструктивного решений производст-
венных зданий. Структура алгоритма, основанного на алгебре логики
позволяет учитывать различные особенности исследуемых типов зда-
ний.
Таблица 7.3
Данные по реализации отказов здания
Конструкции Условие нера- ботоспособности Отказы конструкций
подкрано- вые бал- ки фермы плиты покрытия стеновые панели всего от- казов
Фундаменты Колонны х,х2; х,х4 х3х5; х3х6х4х5 13 — — 38 2 51
Подкрановые балки х4х7; х5х9 — 5 — — 5
Фермы Х9Х10 - — 31 — 31
Плиты покрытия ХхЛ'Н1 - — — 72 72
Стеновые панели х7х9; хкх9 — 72 __ — 72
Отказ трех видов л-,х,хк — — — — 1
конструкций х4хкх9 - - 4
Х5Х7Х9 — — — — 2
х7х,хх — — — — 3
Ит эго: 243
Получение количественных оценок эксплуатационных характери-
стик на ЭВМ методом статистических испытаний дает возможность
для каждого типа здания не только полностью охарактеризовать надеж-
ность системы в целом, но и прогнозировать мероприятия, связанные
с производством ремонтно-восстановительных работ.
Глава 8
ПЕРСПЕКТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
РЕНОВАЦИИ ЗДАНИЙ
8.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
РЕМОНТА И РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ
Основными задачами организационно-технологического проекти-
рования ремонта и реконструкции строительных объектов является не
только выполнение ремонтно-строительных работ в заданные сроки,
но и снижение их себестоимости, трудоемкости, расходов ресурсов.
Как показывает практика, переустройство, модернизация и рекон-
струкция производственных зданий по сравнению с новым строитель-
ством существенно сокращают удельные капитальные вложения, уме-
ньшают продолжительность строительства.
Однако при реконструкции и капитальном ремонте зданий выра-
ботка строительных рабочих снижается на 25—40%, удельный вес зара-
ботной платы повышается в среднем на 35—45%, а затраты на эксплуа-
тацию средств механизации увеличиваются в среднем на 75—100%.
Технология ремонтных и реконструктивных работ имеет ряд суще-
ственных особенностей по сравнению с новым строительством:
1) рассредоточенность и мелкообъемность работ;
2) наличие специальных видов работ — разборочных, демонтажных,
а также связанных с усилением конструкций;
3) стесненность строительной площадки;
4) ограниченная возможность использования сборных конструкций.
Гражданские и промышленные здания являются сложными инже-
нерными сооружениями, которые представляют собой долгоживущие
системы неравнодолговечных элементов. Для анализа качества функ-
ционирования такой системы в гл. 5. (см. рис. 5.1) предложена струк-
турная схема здания. Модель функционирования здания может быть
представлена рядом более простых составных частей. Формирование
структуры моделируемой системы предопределяют задачи обеспечения
необходимых параметров эксплуатационных качеств, которыми
должно обладать здание.
227
Таким образом, иерархическое представление здания как системы
дает возможность расчленить общую задачу эксплуатационной надеж-
ности здания на ряд этапов, отнесенных к конструктивным уровням
(табл. 8.1).
Таблица 8.1
Взаимосвязь параметров организации эксплуатации здания
Уровень Условие оптимума Составляющие процессы
1. Здание Минимизация затрат на содер- жание, ремонт и реконструк- цию здания на весь период экс- плуатации Q = min £ С(7У Прогноз параметров Tt, 1\, .... Тп, определение оптимальною срока службы здания
2. Часть здания Определение затрат на реконст- рукцию здания S(t) Перспективное планирование реконструкции на основе дина- мического программирования
3. Несущие и огражда- ющие конструкции и элементы здания Определение затрат на капита- льный ремонт здания Ср = X z Определение стоимостей работ по ремонту или замене всех конструктивных элементов 7V здания, прослуживших £лет
С помощью моделей первого уровня решаются задачи:
— определение физического износа основных конструкций здания;
— определение ремонтопригодности конструкций;
— определение объемов работ.
С помощью моделей второго и третьего уровней решаются задачи:
— выбор межремонтного периода и сроков осуществления капита-
льного ремонта зданий;
— выбор технологического решения по осуществлению ремонта;
— перспективное планирование срока реконструкции здания с це-
лью ликвидации морального износа.
Практический опыт по эксплуатации и ремонтам транспортных зда-
ний, а также разработка по заданию МПС «Положения о проведении
планово-предупредительного ремонта зданий и сооружений железно-
дорожного транспорта» позволили создать систему оптимальной орга-
низации ремонта и реконструкции транспортных объектов.
Эта система формируется из двух блоков моделирования: оптималь-
ной эксплуатации транспортных объектов (блок 1) и оптимальной ор-
ганизации капитального ремонта и реконструкции объектов (блок 2).
Необходимо отметить, что при решении различных задач по эксплуата-
ции зданий блок 1 и блок 2 могут функционировать как автономные
системы оптимального планирования и проектирования. В рамках бло-
ка 1 предусматривается оценка эксплуатационной надежности и ре-
монтопригодности транспортных объектов, что дает возможность
определить объемы и трудоемкость осуществления ремонтных работ.
228
В рамках блока 2 технология и организация производства ремонт-
ных работ должна обеспечивать возможность ведения строительных
процессов на оптимальных режимах. Причем критериями оптимально-
сти здесь может быть директивный срок производства работ, их трудо-
емкость и себестоимость.
Применительно к стадии технологического проектирования ремон-
тных и реконструктивных работ по зданию модель оптимизации дол-
жна включать следующее условие: общая себестоимость выполнения
заданных объемов работ по комплексу подсистем ремонтируемого или
реконструируемого здания должна быть минимальной:
Ср =min^n,r,c,
(8.1)
где П, — плановая выработка комплекта строительных машин на Z-й подсистеме объекта;
с, — единичная стоимость ремонтно-восстановительных работ; t, — продолжительность
работ.
8.2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЯ
Очень важно исследовать весь жизненный цикл здания, с момента
возникновения инвестиционного замысла, проектирования и строите-
льства, заканчивая его эксплуатационным циклом. Такой подход по-
зволит решить задачи, направленные на обеспечение эксплуатацион-
ной надежности здания на весь срок его службы.
Если обозначить сметную стоимость зздания Ссм, а текущие годо-
вые расходы на его содержание соответственно С,(/ =1,2, ..., 7), то об-
щие расходы через Т лет после к ремонтов составят
(8.2)
Если годовые расходы на эксплуатацию здания под влиянием его
физического износа с течением времени будут монотонно возрастать,
то С/ с учетом приведения затрат к текущему моменту составит
Ссм +t[C,(l/l + EH)'-‘]
[1 - (1 / 1 + Ен )г]
(8.3)
где £н — нормативный коэффициент эффективности.
229
Износ конструкций зданий при нормальных условиях эксплуатации
подчиняется закону Гаусса, поэтому для вычисления стоимости ремон-
та в единицу времени необходимо сначала определить вероятность
того, что износ конструкций здания в момент времени t аварийный.
Для вычисления Р(/) предположим, что вероятность перехода системы
из состояния i в j является только функцией i и j. То есть, если отка-
зывает конструкция с нулевым износом, то перехода в другое состоя-
ние не будет, так как заменяющая ее конструкция имеет также нуле-
вой износ.
Таким образом, процесс эксплуатации здания аппроксимируется
простым марковским процессом с непрерывным временем. Если те-
перь обозначить Р0(Г) и Р|(/) вероятности того, что в момент времени /
износ сооружения равен соответственно нулю и единице, то возмож-
ный переход в интервале от / до / + Д/
Ро(/ + дг) = Ро(/)[1 -ХД/ + 0(ДГ)]. (8.4)
Так как Р0(г) + P](r) = 1 и ₽о(О) = 1, то для нормального закона по-
лучим
р \ - Р<>('о /р) ~ PqIOo — О / р]
Ро(^()/р) ’ (8.5)
где функция Ро определяется по статистическим таблицам в зависимости от срока служ-
бы Го и среднего квадратического отклонения о.
С учетом формулы (8.5) соотношение (8.3) может быть записано в
виде
с„ +t{C,P,(OU/l + E';'|}
Ст = [|'-(1/1 + Е./] (8 6)
Однако использование соотношения (8.6) для определения оптима-
льных межремонтных сроков и приведенной стоимости строительства,
а также эксплуатации здания встречает значительные математические
трудности. Поэтому для совместного анализа безотказности и ремон-
топригодности зданий исследователи прибегают к различного рода
упрощениям и ограничениям, которые позволяют получить конкрет-
ные результаты и практически важные рекомендации.
Так, например, годовую удельную стоимость эксплуатации здания,
отнесенную к 1 м2 площади, можно определить (без учета условно-по-
230
стоянных эксплуатационных расходов на отопление, водоснабжение,
газоснабжение и т. п.) из соотношения
Суд = Ст + CJt, (8.7)
где С, — удельная стоимость проведения текущих ремонтов; Ск — удельная стоимость
капитальных ремонтов; / — срок эксплуатации здания.
Как было показано выше, время эксплуатации здания t можно раз-
делить на три основных периода (см. рис. 5.4) и с большой степенью
точности аппроксимировать увеличение расходов на ремонты конст-
рукций здания во второй период его эксплуатации линейной функцией
Ст = а = Ы, (8.8)
где а и Ь — коэффициенты, зависящие от вида конструктивных элементов здания.
Определим теперь оптимальный межремонтный срок службы, кото-
рый соответствовал бы минимуму ежегодных удельных затрат на ре-
монты здания. С учетом формул (8.7) и (8.8) имеем
Сул = а + b/2 + Ск/А (8.9)
Взяв производную от С по / и приравняв ее нулю, получим
гни,г=^сГД. (8.10)
Таким образом, по формуле (8.10) можно весьма приближенно
определить оптимальный межремонтный срок службы эксплуатируе-
мых зданий и сооружений. Так, например, для деповских железнодо-
рожных зданий средняя удельная стоимость затрат на капитальный ре-
монт составляет 3850 руб., а рост расходов на производство текущих
ремонтов в год — 55 руб/м2. По формуле (8.10) оптимальный межре-
монтный срок службы будет
Т"" = V2-385O/55 = 12 лет.
Таким образом, время между капитальными ремонтами, равное 12
годам, обеспечит минимальные издержки на эксплуатацию рассматри-
ваемых типов производственных зданий. Необходимо отметить, что ве-
личина Тм = 12 годам, полученная расчетным путем на основании дан-
ных статистики, мало чем отличается от нормативных межремонтных
сроков для зданий этого типа.
Для жилых зданий приведенные нормативные затраты на всем про-
межутке времени их эксплуатации определяются по формуле
231
спр - С| + с2 - с3,
(8.Н)
где С| — потери первоначальной стоимости здания, вызванные износом его конструк-
тивных элементов;
Ci Ссм Ссм//Н,
(8.12)
С2 — стоимость технического обслуживания; Cj — стоимость капитальных ремонтов зда-
ния:
С2 — С/а 1,036;
(8.13)
Ссм — первоначальная стоимость возведения здания; /н — нормативный срок его служ-
бы; Ct — восстановительная стоимость здания; а — коэффициент, зависящий от группы
капитальности здания:
Группа капитальности жилого здания 1 II III IV
Значение а 0,0056 0,0066 0.0079 0,00168
В работе Г. А. Порывая [63] показано, что общая стоимость ремонта
С3 может быть получена из формулы
С3 = рС + 2|ЗС + ... + щрС,
(8.14)
где С — средняя стоимость одного ремонта; т — порядковый номер ремонта; (1 — коэф-
фициент. учитывающий зависимость стоимости ремонта от его порядкового номера:
Р = 2/(777 + 1).
(8.15)
Тогда оптимальный срок службы здания определится из соотноше-
ния
=^з/2Ссм / Ср, (8.16)
где /м — межремонтный период.
Формула (8.16) дает возможность оценить проектные решения раз-
личных жилых зданий с учетом последующих затрат на весь срок эксп-
луатации. Значение /опт может увеличиваться за счет конструктивных
решений здания, а также за счет оптимизации системы его техниче-
ской эксплуатации. Однако при низком уровне ремонтопригодности
здания эффективные способы ремонта неприменимы, что существенно
уменьшает значение /опт Кроме того, коэффициент р не отражает взаи-
мосвязи между безотказностью и ремонтопригодностью конструкций
здания.
Рассматривая формулы (8.3) и (8.6) можно показать, что стратегия
капитального ремонта будет наилучшей после t эксплуатации здания,
если
232
С,_| -1 > С, /1 -а;
С, < С,т| / 1 -а,
(8.17)
где а — коэффициент приведения затрат: а = 1/1 + £н.
Используя эту методику расчета произведем определение оптималь-
ных межремонтных периодов для крупнопанельных жилых зданий пер-
вого поколения, построенных в 1950—1960 гг. Результаты расчетов для
зданий серии 1-335 представлены в табл. 8.2.
Как видно из таблицы, значение Ст имеет минимум при /= 17. Это
значит, что для крупнопанельных зданий серии 1-335 рационально
производить работу по капитальному ремонту через 15—18 лет, что
почти в 2 раза чаше, чем это предусматривается «Положением о плано-
во-предупредительных ремонтах жилых зданий» [12].
Таблица 8.2
Определение оптимального межремонтного срока службы
для крупнопанельных зданий серии 1-335
t а"' с, С,а'4 С. + ЕС,а' ‘ Су
1 1,00 0,90 0,90 85,60 1,00 85,60
2 0,91 1,80 1,64 87,27 1,91 45,88
3 0,83 2,70 2,24 89,48 2,74 32,66
4 0,75 3,60 2,70 92,18 3,49 26,41
5 0,68 4,58 3,06 95,24 4,17 22,83
6 0,62 5,40 3,35 98,59 4,79 20,58
7 0,56 6,30 3,53 102,12 5,35 19,08
8 0,51 7,20 3,67 105,79 5,86 18,05
9 0,47 8,10 3,81 109,60 6,33 17,31
10 0,42 9,00 3,83 113,38 6,75 16,42
11 0,39 9,80 3,86 117,24 7,14 16,30
12 0,35 10,80 3,78 121,02 7,49 16,15
13 0,32 11,70 3.74 124,76 7,81 15,97
14 0,29 12,60 3,65 128,41 8,10 15,85
15 0,26 13,50 3,51 131,92 8,36 15,77
16 0.24 14,40 3,46 135,98 8,50 15,74
17 0,22 15,30 3.37 138,75 8,82 15,73
18 0,22 16,20 3,24 141,99 9,02 15,74
19 0,18 17,10 3,08 145,07 9,20 15,76
20 0,16 18,00 2,88 147,95 9,36 15,80
21 0,15 18,90 2,83 150,78 9,51 15,85
22 0,14 19,80 2,77 153,55 9,65 15,91
233
Аналогична картина несоответствия норм ППР реальной практики
эксплуатации характерна и для промышленных зданий. Рассмотрим
следующий практический пример определения оптимального межре-
монтного срока для железнодорожных производственных зданий, ис-
пользуя приведенную выше методику.
Здания цеха подъемочного ремонта электровозов в депо ТЧ-8 в
Санкт-Петербурге имеет пролеты 18 и 30 м, общая длина цеха 72 м.
Каркас здания железобетонный, сборный, стены кирпичные толщиной
в два кирпича. Общая приведенная стоимость 1 м2 производственной
площади составляет 1442 руб. Рост расходов на производство капиталь-
ного ремонта здания определился на основании данных статистики по
аналогичным производственным зданиям. Все данные по расчету оп-
тимального межремонтного периода для этого производственного зда-
ния приведены в табл. 8.3
Таблица 8.3
Определение оптимального межремонтного срока службы для промышленного здания
t а' 1 с< С,а' 1 + Ес<“' С,
1 1,00 47 47 1490 1,00 1490
2 0.89 97 86 1580 1.89 840
3 0.79 147 116 1690 2,68 630
4 0,70 197 138 1830 3,38 540
5 0,62 247 153 1980 4,00 500
6 0,55 297 163 2150 4.55 470
7 0,49 347 170 2320 5,04 460
8 0,44 397 175 2490 5,48 450
9 0,39 447 174 2660 5,87 450
10 0,34 497 169 2830 6,21 460
11 0,31 547 169 3000 6,52 460
12 0,28 597 167 3170 6,80 470
13 0,25 647 162 3330 7.05 470
14 0,22 697 153 3480 7,27 480
15 0.19 747 142 3630 7,46 480
Как видно из таблицы, минимум достигается на 8-м и 9-м году экс-
плуатации здания. Это значит, что оптимальным межремонтным сро-
ком службы для рассматриваемых типов производственных зданий бу-
дет Ты - 8—9 лет.
Полученные результаты периодичности капитальных ремонтов для
жилых и промышленных зданий по сравнению с действующей систе-
234
мой ППР позволяют снизить стоимость проведения ремонтных работ в
среднем на 5—10%. Для промышленных зданий эти сроки соответству-
ют срокам обновления и модернизации оборудования, что дает воз-
можность одновременно с капитальным ремонтом производить пере-
устройство технологического цикла производственного предприятия.
8.3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАТРАТ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И РЕМОНТ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Проведенные исследования многих авторов [27, 29, 45, 55] показали,
что для выявления объективных закономерностей процессов восстанов-
ления и накопления повреждений конструкций в период функциониро-
вания здания необходимо более детально учитывать надежность его
конструктивных элементов как системы, прогнозировать на перспек-
тиву мероприятия, связанные с технической эксплуатацией.
Важным является показатель удельных трудозатрат на производство
ремонтных работ. Трудоемкость ремонтных работ по восстановлению
конструктивных элементов зданий зависит от многих факторов, среди
которых нужно отметить в первую очередь ремонтопригодность здания
и его конструктивных элементов, способ проведения ремонтных работ,
механовооруженность строительной организации и т. д. Именно поэ-
тому многие авторы отмечают сложность определения зависимости за-
трат труда на производство ремонтных работ от сроков эксплуатации
здания.
Анализ данных о выполнении работ, связанных с капитальным ре-
монтом железнодорожных производственных зданий, за последние
5 лет свидетельствует о том, что соотношение затрат трудоемкости по их
основным конструктивным элементам сравнительно стабильно. Если
принять за 100% общие затраты на производство работ по капитальному
ремонту зданий, то на ремонт фундаментов приходится 3—6%, стен —
10—12%, покрытий и перекрытий — 6—10%, полов — 6—14%, проемов —
4—6%, крыш — 15-17%, внутренней отделки — 17-24%, инженерного
оборудования — 6-9%, прочих устройств — 15-18%.
На рис. 8.1—8.5 показаны реальные примеры капитального ремонта
различных транспортных зданий и сооружений в период подготовки
Санкт-Петербургского железнодорожного узла к 300-летию города. На
линии Санкт-Петербург — Новый Петергоф были заменены физиче-
ски и морально устаревшие конструкции высоких пассажирских плат-
форм со стоечными опорами и рельсовыми ригелями на буронабивные
опоры и железобетонные ригели, а также полностью сменены периль-
ные ограждения платформ и фонари освещения (рис. 8.1).
При капитальном ремонте некоторых служебно-технических зда-
ний, возведенных в 1950—1960 гг. и имеющих значительные износы
235
Рис. 8.1. Реконструкция высоких пассажирских платформ
на станции Дачное
Рис. 8.2. Капитально отремонтированное
здание поста электрической
централизации
кирпичной кладки стен, помимо
обычных работ, связанных с ре-
монтом и заменой конструктив-
ных элементов, были применены
вентилируемые навесные фасады,
надежно зарекомендовавшие себя
в климатических условиях севе-
ро-запада (рис. 8.2).
При капитальном ремонте во-
кзальных комплексов на станциях
Стрельна, Володарская, Новый
Петергоф, являющихся памятни-
ками архитектуры, помимо обыч-
ных ремонтно-строительных ра-
бот были успешно проведены работы по реставрации фасадов,
стропильных систем и кровельных покрытий (рис. 8.3 и рис. 8.4).
Особенно большой объем ремонтных и реставрационных работ был
выполнен при реконструкции вокзала на станции Новый Петергоф.
Здание было построено в 1854-1857 гг. по проекту архитектора
Н. Л. Бенуа в духе английской готики. Западный фасад здания венчает
высокая «готическая» башня. У основания башни, слева и справа, рас-
полагаются два портала, через которые проходят поезда (рис. 8.4, а).
Декоративные контрфорсы, башенки со шпилями, стрельчатые окна —
все это значительно усложнило работы по реставрации здания. Особые
трудности возникли при реконструкции дебаркадера вокзала, несущие
элементы стропил которого Н. Л. Бенуа запроектировал железными.
Большая часть ремонтных и реставрационных работ производилась
при отрицательной температуре наружного воздуха, поэтому при вы-
полнении работ по наружной отделке использовались тепляки. В на-
стоящее время отреставрированное здание вокзала достойно украшает
город фонтанов.
В результате обобщения опыта эксплуатации и ремонта свыше 500
железнодорожных производственных зданий были получены данные
236
Рис. 8.3. Капитальный ремонт здания вокзала на станции Володарская
а — здание в процессе ремонта; б — отремонтированное здание
Рис. 8.4. Ремонт и реставрация вокзала на станции Новый Петергоф
а — здание вокзала. Арх. Н. Л. Бенуа: б — вокзал в процессе реставрации
зависимости удельной трудоемкости ремонтных работ на 1 м2 площади
от времени эксплуатации основных конструкций здания (рис. 8.5—8.7).
На рис. 8.8 представлен обобщенный график этой же зависимости для
зданий в целом.
Менее изученными остаются вопросы прогнозирования трудовых и
стоимостных затрат на техническое обслуживание зданий. Хотя в про-
цессе планирования технического обслуживания также возникает не-
обходимость определения трудоемкости ремонтных и профилактиче-
ских мероприятий. Предлагаемая авторами методика оценки трудовых
затрат позволяет определять их для зданий и сооружений в зависимо-
сти от общего среднего износа конструкций и принимать наиболее ра-
циональные решения по численности обслуживающего персонала.
Покажем методику обработки данных о трудоемкости технического
обслуживания и выявление закономерностей их роста для оценки го-
237
II
0,18
ОМ
<t
< 0.10
® 0,06
opz
Рис. 8.5. График зависимости удельной трудоемкости
ремонтных работ от времени эксплуатации
/ — фундаменты; 2 — стены; 3 — плиты перекрытия и покрытия
Рис. 8.6. График зависимости удельной трудоемкости £?уд ремонтных работ
от времени эксплуатации
/ — полы; 2 — проемы
довых затрат на примере транспортных производственных зданий. В
табл. 8.4 представлены статистические данные по обслуживанию и те-
кущим ремонтам зданий локомотивных депо Октябрьской железной
дороги. В статистическую модель включены показатели производст-
венной площади зданий, общий срок производственных работ г, а так-
же удельные трудозатраты, приходящиеся на 1 м2 производственной
площади, туд.
Срок производства ремонтных работ и работ по техническому об-
служиванию является случайной величиной. Для использования при
расчетах ремонтопригодности моделей, основанных на теории массо-
238
Рис. 8.7. График зависимости удельной трудоемкости (?ул ремонтных работ
от времени эксплуатации
I — инженерное оборудование; 2 — крыши; 3 — внутренняя отделка
Рис. 8.8. График зависимости удельной трудоемкости Суд ремонтных работ
от времени эксплуатации в целом по зданиям
вого обслуживания [26], необходимо показать, что величина т распре-
деляется по экспоненциальному закону. В табл. 8.4 вычислен параметр
о, представляющий величину, обратную туя:
9 =
44
32,686
= 1,346
Р(т) = 1 -e~1J4fa
Проверка экспоненциальное™ данных, представленных в табл. 8.4,
проведена по критерию согласия хи-квадрат [83]. Число исследуемых
интервалов к принято равным 4.
239
Находим границы интервалов для экспоненциального распределе-
ния:
Ра<Г,) = 1-е-к346Т| =0,25,
Р(/ < /2) = 1 -е '346тг =0,50,
Р(/ < /3) = 1 -е '3401’ =0,75.
(8.18)
Таблица 8.4
Данные о сроках технического обслуживания
и ремонтов производственных зданий депо
№ здания, п Депо т, лет Площадь здания Fl, м2
1 ТЧ-1 0,25 184 1,358
2 0,42 878 0,478
3 5,00 2597 1,925
4 5,00 4661 1,072
5 5,00 7402 0,675
6 ТЧ-6 0,20 1808 0,110
7 0,10 179 0,558
8 1,00 6273 0,159
9 0,30 2799 0,107
10 0,10 775 0,129
11 ТЧ-9 0,40 592 0,675
12 0,60 184 3,260
13 0,70 936 0,747
14 ТЧ-11 0,60 880 0,681
15 0,30 988 0,303
16 0,20 607 0,329
17 0,10 497 0,201
18 0,10 344 0,290
19 0,10 382 0,261
20 0,20 250 0,800
21 0,30 870 0,344
22 ТЧ-12 1,00 1471 0,679
23 0,70 355 1,971
24 0,80 409 1,956
25 1,00 4369 0,228
26 ТЧ-14 0,70 234 2,991
240
Окончание табл. 8.4
№ здания, п Депо т, лет Площадь здания Л|, м2 4.=^°’
27 0,30 907 0,330
28 ТЧ-15 0,08 594 0.134
29 0,21 5600 0,037
30 0,33 11653 0,028
31 ТЧ-17 0,10 599 0,167
32 0,10 2920 0,034
33 ТЧ-18 1,00 306 3,268
34 0.16 103 1,553
35 0,13 184 0,706
36 0,17 252 0,674
37 0,41 411 0,997
38 0,17 162 1,049
39 ТЧ-20 5.00 12652 0,395
40 ТЧ-22 0,60 7075 0.084
41 ТЧ-23 0,10 211 0.473
42 0,08 600 0,133
43 ТЧ-34 0.13 403 0,322
44 0.04 2535 0,015
п = 44 X 32,686
Решая уравнение (8.18) относительно т, получим т, = 0,214; т2 =
0,515; т3 = 1,029. Математическое ожидание числа наблюдений в ин-
тервале для принятой теоретической модели составит М = 44/4 =11.
Фактическое число наблюдений /V, в любом /-м интервале находится
непосредственно по табл. 8.4. Сравнение М, с N, показано в табл. 8.5.
Таблица 8.5
Сравнительные данные для величин N, и М,
Интервал Mi
0,000-0,213 13 11
0.214-0,514 11 11
0,515-1,028 10 11
1,029 и более 10 11
16 Заказ № 788
241
Используя формулу (8.19), находим критерий хи-квадрат:
По формуле (8.18) получим
X2 =4/44(13 +11 + 10 + 10)-44 = 0,55.
Так как рассматривается оценка одного параметра r= I. число сте-
пеней свободы рассматриваемой случайной величины, распределенной
по закону хи-квадрат, равно к—г~\ — 2. С помощью распределения
хи-квадрат получим
P[Z2(2)< 0,45] = 0,8,
Р[х 2 (2) <0,71] =0,7.
Таким образом показано, что время на обслуживание и ремонт
транспортных зданий соответствует экспоненциальному закону. Поэ-
тому при расчете трудоемкости ремонтных работ использовалась мо-
дель, основанная на этом распределении. Для обследованных типов
железнодорожных производственных зданий установлен основной па-
раметр — трудозатраты, приходящиеся на 1 м2 производственной пло-
щади здания: 0тах = 3,7 чл.-дн/м2; 011Ш1 = 0,5 чел.-дн/м2; 0ср =
2,5 чел.-дн/м2. Эти трудозатраты в среднем в 1,5—2,5 раза больше тру-
дозатрат в новом строительстве.
На основе обработки данных статистики были получены зависимо-
сти удельной трудоемкости ремонтных работ от времени эксплуатации
элементов зданий (см. рис. 8.5—8.8). Анализ этих данных показывает,
что около четверти всей трудоемкости работ на ремонты зданий прихо-
дится на отделочные работы.
В начальный период эксплуатации наибольшую трудоемкость со-
ставляют ремонты конструкций таких типов, как полы, кровля здания,
внутренняя отделка. Сроки службы этих конструктивных элементов в
несколько раз меньше сроков службы основных конструкций.
Полученные статистические данные и выявленные закономерности
о ремонтопригодности конструкций позволили использовать их при
составлении по заданию МПС «Положения о проведении плано-
во-предупредительного ремонта зданий и сооружений железнодорож-
ного транспорта». С помощью этого документа можно определять тру-
доемкость технического обслуживания для зданий различной
производственной площади и разного физического износа. Расчетные
данные для зданий локомотивных депо представлены в табл. 8.6.
242
Таблица 8.6
Трудоемкость технического обслуживания зданий локомотивных депо
Площадь здания, тыс. м2 Количество рабочих, занятых техническим обслуживанием здания в зависимости от его износа в % Средняя трудоем- кость обслужи ва- иия за год, чел.-дн.
40% 20-40% 20%
4 2 1 1 435
6 2 2 2 538
8 3 2 2 666
10 3 3 3 794
12 4 3 3 922
14 4 4 4 1050
16 5 4 4 1178
18 5 5 5 1307
20 6 5 5 1435
Таким образом, предложенная методика дает возможность на науч-
ной основе прогнозировать трудовые затраты на осуществление техни-
ческого обслуживания и ремонт зданий, учитывая техническое состоя-
ние основных конструктивных элементов объекта.
8.4. ФОРМИРОВАНИЕ РЕМОНТНЫХ ПРОГРАММ
НА ОСНОВЕ БАЗЫ ДАННЫХ ПО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫМ
ПРОМЫШЛЕННЫМ И ГРАЖДАНСКИМ ЗДАНИЯМ
Капитальный ремонт производственных зданий является элементом
процесса воспроизводства основных фондов промышленных предпри-
ятий. Решение о капитальном ремонте в соответствии с ППР [15] не-
обходимо принимать через регулярные промежутки времени — межре-
монтные сроки службы зданий.
Очевидно, что в общем случае удобно планировать решения таким
образом, чтобы оптимизировать тот или иной процесс, а не получать
оптимум на бесконечном интервале времени. При этом в каждом отде-
льном случае может рассматриваться три варианта: продолжать эксплу-
атировать здание, капитально его отремонтировать или реконструиро-
вать. Если учесть, что решение капитально ремонтировать здание
также можно разбить на группы, характеризующие разные объемы ра-
бот, то каждый этап планирования будет иметь гораздо больше страте-
гий осуществления ремонтных работ. На рис. 8.9 показан такой случай
возможных стратегий ремонтных работ.
Обозначим состояния здания, при котором принимаются решения о
капитальном ремонте, через Sb S2, ..., S„. Пусть стоимости производст-
243
Рис. 8.9. Стратегии осуществления ремонтных и реконструктивных работ
ва работ на этом шаге планирования Сь С2, .... С„, выигрыш, отвечаю-
щий решению к, равен С(Й1Ц Обозначим далее через гу выигрыш при
решении к и состоянии здания S, Если вероятность состояния S, равна
Р,; при выборе варианта к, то общий выигрыш в узле S,< 1) составит
с,(1) = с*Г)Ш1 +£р*(^+с,.).
/=1
(8.19)
Так как необходимо выбрать вариант к, чтобы максимизировать вы-
ражение (8.19), то при i — 1,2, ..., п, должно выполняться соотношение
[26]
С,. = тах[(С^ + £р*г/) + £р*с,].
(8.20)
244
Рис. 8.10. Схема организационной системы планирования работ
по реновации зданий
Необходимо подчеркнуть, что анализ возможности использования
большого многообразия ремонтных программ потребует для каждого
здания большого объема вычислений. Кроме того, указанный метод
решения неприемлем, если процесс решений ограничен во времени.
Для получения оптимальных решений по эксплуатации зданий и их
капитальному ремонту, реконструкции или сносу амортизированного
здания необходима информационная система, позволяющая обращаться
к огромному массиву данных. Так как на любой стадии функционирова-
ния здания (эксплуатация, ремонт, реконструкция) подходы и варианты
решения задач различны, назрела необходимость в программном обес-
печении всего цикла реновации здания.
Как показали исследования Н. Н. Ивановой [44], имеется возмож-
ность создания информационной системы, которая имела бы гибкие
рамки для инфраструктуры технического программного обеспечения.
В такой инфраструктуре управленческие и инженерные задачи, реше-
ние которых обеспечивало бы прибыль от эксплуатации недвижимо-
сти, были бы связаны с программными средствами, имеющими общую
информационную базу.
На рис. 8.10 представлена схема организационной системы контро-
ля и планирования работ, связанных с реновацией зданий. Практиче-
ский опыт использования этой системы для планирования ремонтных
работ для зданий и сооружений Октябрьской железной дороги показал
245
ее эффективность. В базе данных компьютера хранится информация,
представляющая технические паспорта зданий. Это дает возможность
не только использовать ее в работе, но и вносить изменения в базу
данных, связанные с производством капитальных ремонтов или рекон-
струкции зданий.
Результаты контроля за техническим состоянием зданий заносятся в
базу данных. В дальнейшем они могут быть использованы для состав-
ления программ по капитальному ремонту или реконструкции зданий.
Планирование мероприятий, связанных с реновацией здания (капи-
тальный ремонт, реконструкция, снос), осуществляется с использова-
нием модели планирования оптимальных межремонтных сроков для
эксплуатируемых зданий (см. формулы (8.6) и (8.17)).
Для практического решения вопросов по организации и планирова-
нию ремонтных и реконструктивных работ по зданиям используется
алгоритм формирования ремонтных программ и оценки их стоимости
и трудоемкости (см. формулу (8.20)).
Таким образом, разработана модель оценки технологических про-
цессов капитального ремонта и реконструкции железнодорожных про-
изводственных зданий с учетом объемно-планировочных и конструк-
тивных решений этих объектов, их ремонтопригодности, а также
степени износов основных элементов зданий. Использование этой мо-
дели позволяет не только анализировать и оценивать недвижимость, но
и формировать планы профилактических мероприятий по ее ренова-
ции.
Глава 9
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ
НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
9.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
Надежная работа зданий и сооружений в большой степени зависит
от правильной эксплуатации. По характеру влияния на надежность все
эксплуатационные факторы можно разделить на факторы, снижающие
надежность зданий, и факторы, повышающие ее (рис. 9.1). Мероприя-
тия, способствующие повышению надежности, условно подразделяют-
ся на две группы: мероприятия, направленные на повышение безотказ-
ности (увеличение средних сроков службы конструкций То), и
мероприятия, направленные на повышение ремонтопригодности (со-
кращение сроков ремонта, его трудоемкости и стоимости). И те и дру-
гие мероприятия могут проводиться на этапе проектирования, строите-
льства и эксплуатации зданий.
Результаты анализа эксплуатационной надежности зданий, приве-
денные в предыдущих главах, позволяют наметить основные направле-
ния повышения надежности.
Важнейшей особенностью обеспечения надежности зданий и конст-
руктивных элементов является учет фактора времени эксплуатации. Срок
службы зданий измеряются десятками лет. За это время физико-химиче-
ские свойства материалов претерпевают значительные изменения.
Современные методы расчета конструкций зданий с учетом надеж-
ности позволяют прогнозировать основные характеристики надежно-
сти здания с учетом изменчивости свойств материалов конструкций.
Вместе с тем к зданиям разных типов предъявляются различные требо-
вания к инженерному оборудованию, освещению, звукоизоляции и,
что особенно важно, к долговечности.
Следовательно, для повышения надежности здания необходимо уже
при проектировании найти такое объемно-планировочное и конструк-
247
— ппноре soiHowsd xnn<waiunpaduAp -adu-deonDL/и ктэшэт эпнэрэдоди эохшэр
с gcxmiHOkvad godpox пидошагроц
Е
Q X * Л? Од b nxnujMDLTithodu эпнэрадоди
ппоо/элэр -сое тннэешзроеспоМи то nnhxAdwoHOX Dwntnoc
<ъ д5 godoixod) xiQHHogiogogenodu nngmonageog anxawwjj
д-
£ nujooHQoanduowHowad эпнатюдоц
а з «О minanai/e xnudopuDio ouMowad t/i/p апнодоечс/оиэц
с О Б О о X с CLUHOK'ad Bmoi/OHxaui ьондпэсшкоди
§~ Е wogvd xmiHowd одтмьпх quodwHO^
£ QJ Од h о & nauoiagn gouDndaiuDm хпннэдсгиод эгнадосшоиои
90LUHdWQi/C YlQMQriLU -уМшЭМОН Dl/ЭПЬ дПНЭ}ПО(1><03 n эпнэнсМщ
Факторь эксплуатацией- бодстбенных . пэхэ хтдптхЛРшонох annogogw3namdagop
ппУтошоАииоие ungodu annamAdop
«о tuopod xiQHwHOivad ппгоиоксэш annamAdoi-i
<ъ д5 Q X * <ъ Од о
3 2 S ппнанпрэой xiogoxiqwo одиюэьоя aoxcnp
дз «о X оэ дз
3- ? nnYixMuianox одшээоох эохепц
о
5 ьпнорс IQXJdXJ riOHQnLLixf.dLU'JHOX пмшошэорэн
§-
Е * оонсп ‘ anHadouij
opado bTiHuagujsQOQcnodu ннинэдшАнд
Рис. 9.1. Факторы, влияющие на эксплуатационную надежность зданий
кпдоиэА эп>1ээ11Пшсм1П1/у
248
тивное решение, которое отвечало бы условиям его длительной эксп-
луатации: выбрать прочные и стойкие материалы, стандартные конст-
рукции; обеспечить их защиту от атмосферных, тепловлажностных
технологических воздействий, а также несущую способность сооруже-
ния при различных неблагоприятных воздействиях нагрузок.
Повышение уровня надежности зданий и сооружений может быть
достигнуто за счет оптимизации их конструктивных схем, укрупнения
монтажных элементов и сокращения узлов и сопряжений. В свою оче-
редь, повышение надежности деталей и узлов конструкций, использо-
вание при проектировании стандартных элементов являются важными
факторами увеличения долговечности здания.
Благодаря тому, что при капитальном ремонте или реконструкции
зданий используются стандартные и унифицированные конструкции,
прошедшие испытания и изготовленные на основе четко отработанной
технологии, их надежность гораздо выше аналогичных конструкций,
используемых в ремонтных работах. Именно поэтому стандартная про-
дукция строительной индустрии в наибольшей степени отвечает требо-
ваниям экономичности и надежности ремонтируемого здания.
Другим важным фактором повышения эксплуатационной надежно-
сти зданий является улучшение технологии производства ремонтных
работ, использование передовых методов организации строительного
процесса. Так, разработка и внедрение для железнодорожных произ-
водственных зданий типовых ремонтных программ позволяет не толь-
ко ускорить процесс капитального ремонта или реконструкций зданий,
но в значительной степени повышает качество работ за счет унифика-
ции элементов конструкций, применяемых в ремонтно-строительных
работах. Эти программы обеспечивают также рациональное планиро-
вание сроков и очередность проведения капитального ремонта или ре-
конструкции железнодорожных производственных зданий.
Эксплуатация здания ведется при определенных климатических,
температурно-влажностных, производственных и других условиях функ-
ционирования объекта. Недоучет этих факторов приводит к повышению
интенсивности отказов конструкций здания. Вместе с тем увеличение
интенсивности воздействия эксплуатационных факторов, которое час-
то имеет место при функционировании промышленных объектов (из-
менение технологии, модернизация оборудования), приводит к сниже-
нию надежности несущих и ограждающих конструкций зданий.
Поэтому наиболее распространенными путями повышения эксплуата-
ционной надежности промышленных сооружений являются снижение
вредных влияний производственной среды, использование резервных
элементов и конструкций для быстрой смены износившихся.
В гл. 1, 3 и 6 показано, что затраты на эксплуатацию многих произ-
водственных зданий уже через 15—25 лет превышают стоимость строи-
тельства этих объектов. Поэтому повышение их эксплуатационной на-
дежности имеет первостепенное значение. Эта задача может быть
выполнена путем изучения технического состояния зданий и принятия
249
КР КР КР КР КР КР КР КР КР
Рис. 9.2. Общая схема эксплуатационно-ремонтных циклов
производственного здания
своевременных мер к ликвидации повреждений, а также путем повы-
шения ремонтопригодности их основных конструкций (рис. 9.2).
Необходимо отметить, что низкая надежность существующих эле-
ментов здания заставляет прибегать при его переустройстве к уменьше-
нию шага несущих конструкций или созданию дополнительного кар-
каса, что на 15—20% удорожает общую стоимость капитального
ремонта или реконструкции объекта. Поэтому для повышения надеж-
ности реконструируемых зданий необходимо своевременно вести под-
готовку к смене и ремонтам конструкций, а также прогнозировать от-
казы основных несущих элементов.
Важными факторамим повышения эксплуатационной надежности
зданий и сооружений являются четкое соблюдение правил их эксплуа-
тации и выполнение в полном объеме мероприятий, связанных с сис-
темой планово-предупредительных ремонтов.
Значительное влияние на процесс нормальной эксплуатации зданий
оказывает комплекс факторов, связанных с профилактикой и ремонт-
ными работами, а именно: квалификация обслуживающего персонала,
соблюдение правил технической эксплуатации, организация техниче-
ского обслуживания и система сбора и обработки статистических дан-
ных о надежности эксплуатируемых строительных конструкций.
Несоблюдение правил технического обслуживания и ремонтов зда-
ний из-за низкой квалификации или небрежности обслуживающего
персонала всегда приводит к различным неисправностям конструктив-
ных элементов, а в ряде случаев и к тяжелым по своим последствиям
авариям [73, 75].
Система технического обслуживания, основанная на нормативных
указаниях [13, 19, 22], включает в себя мероприятия, направленные на
повышение безопасности и ремонтопригодности конструкций зданий
в процессе их эксплуатации. Сюда входят организация и проведение
профилактических работ, а также своевременное снабжение ремонт-
ных работ материалами и конструкциями. Оптимизация процессов тех-
нического обслуживания является важным фактором повышения на-
дежности здания при эксплуатации.
250
Данные об износах конструкций в процессе эксплуатации зданий
являются наиболее ценным материалом как для проектирования новых
конструкций, так и для организации оптимальной системы обслужива-
ния и эксплуатации зданий и сооружений.
Основным источником информации по эксплуатации здания явля-
ется его паспорт. Однако использование паспорта, как правило, ослож-
няется по ряду причин:
1) отсутствие единой терминологии и стандартных формулировок
при описании неисправностей конструкций, при производстве профи-
лактических и восстановительных работ;
2) отсутствие количественной оценки надежности элементов зданий
и времени эксплуатации того или иного конструктивного элемента до
появления дефекта;
3) недостаточное количество данных о времени и трудоемкости про-
филактических и ремонтных работ;
4) отсутствие непрерывной информации о постепенных износах
конструктивных элементов здания.
Научные методы эксплуатации строительных объектов, включающие
весь комплекс работ, связанных с их функционированием, отражением
в нормативных документах закономерностей износов конструкций,
проведением профилактических и ремонтно-восстановительных работ
на основе их оптимизации, позволят повысить эксплуатационную на-
дежность зданий и сооружений.
9.2. ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИНИМАЕМЫХ РЕШЕНИЙ ПО
ПОВЫШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ
Все большее значение на принятие эффективных решений по повы-
шению эксплуатационной надежности оказывают современные методы
диагностики технического состояния зданий и сооружений. Создаются
специализированные фирмы и службы контроля, оснащенные прибо-
рами дистанционных измерений без вскрытия конструкций, обеспечи-
вающими возможность быстрого оперативного получения информа-
ции, обрабатываемой с помощью компьютерных программ.
Так, например, при диагностике грунтов оснований методом стати-
ческого зондирования, выполняемых корпорацией «Фугро-статика», на
экране дисплея видны разрезы толщи земли на заданную глубину с
указанием послойного залегания слоев и их физико-механических ха-
рактеристик. Методика обследования рулонных кровель, разработан-
ная СПб НИИ АКХ и РНИИ АКХ, позволяет выдать заказчику цвет-
ную картограмму кровли с указанием параметров относительной
влажности кровельного ковра и утеплителя, на основе которой разра-
батываются стратегия и последовательность ремонта.
251
В Санкт-Петербурге при участии д-ра техн, наук М. Б. Захаревича
разработана методика анализа состояния трубопроводных сетей и соо-
ружений водоподготовки [11]. Методика включает комплекс диагнос-
тических мероприятий:
— комплексную диагностику и анализ трубопроводов с целью уточ-
нения их физического износа, определения утечек и разработки реко-
мендаций по их оперативной ликвидации;
— картографические работы (уточнение местоположения сетей, ко-
лодцев, арматуры и др., поиск несанкционированных присоединений)
для уточнения реальной обстановки;
— измерение расходов воды в узловых точках магистральных и раз-
водящих сетей с целью уточнения массовых расходов на участках, в
расчетных зонах и в системе распределения воды в целом, установле-
ния абсолютных величин потерь воды, а также получения данных для
анализа режима работы трубопроводных сетей и их участков.
На смену традиционным методам оценки технического состояния
трубопроводов (исходя из статистических данных о количестве по-
вреждений и возрасте сооружений) разработаны и внедряются инстру-
ментальные методы оперативной диагностики. Последние основаны на
применении современных средств и оборудования (ультразвуковая и
звуковая дефектоскопия, корреляторы DF-500 и др.), что позволяет не
только повысить точность определения месторасположения дефектно-
го участка трубопровода в грунте без раскопок до 2 м (погрешность
традиционных методов составляла до 50 м), но и уточнить трассировку
трубопроводов, обнаружить скрытые течи и несанкционированные
подключения.
При обследовании отдельных участков трубопроводных сетей мож-
но уточнить их положение на местности, определить точные места
установки арматуры (задвижки, гидранты, вантузы и др.), положение
домовых вводов, а также оценить общее состояние сети.
По данным обследования участка трубопроводных сетей после
компьютерной обработки составляются схема этого участка с точной
привязкой места утечки, акт обследования и рекомендации по устране-
нию течи.
В результате многочисленных обследований и компьютерного ана-
лиза определены следующие соотношения, связывающие частоту обна-
ружения протечек и аварий с материалом труб:
на 500 м чугунных трубопроводов
на 6 км стальных трубопроводов
на 7 км железобетонных трубопроводов
на 2 км внутриквартальных сетей
— 1 ремонт в год;
— 1 ремонт в год;
— 1 ремонт в год;
— 1 ремонт в год.
Поскольку емкостные сооружения станций водоочистки и резервуа-
ры выполнены из железобетона, а внутренние трубопроводы насосных
252
станций из стальных труб, то указанные закономерности для стальных
и железобетонных трубопроводов можно распространить и на эти соо-
ружения.
Анализ аварий на трубопроводах показал, что причиной разрывов
швов в большинстве случаев (79%) является гидравлический удар, а
причиной образования сквозных отверстий — коррозия материала труб
(85%). В то же время разломы (73%) и трещины (57%) в трубопроводах
появляются в результате деформационных процессов в грунтах.
Основная причина утечек и аварий на трубопроводных сетях и соо-
ружениях Санкт-Петербурга — коррозийное воздействие различных
природных факторов (от воздействия блуждающих токов до проявле-
ния агрессивных свойств почвы и транспортируемой воды). Из по-
вреждений, связанных с коррозией материала труб, основная часть
приходится на стальные трубы, проложенные более 20 лет назад (наи-
большее число повреждений на 1 км трубопровода).
На основе накопленной информационной базы разработана про-
грамма проведения коррозийно-защитных мероприятий (антикорро-
зийная обработка и анодная защита) и ремонтно-восстановительных
работ на трубопроводных сетях и сооружениях с использованием не-
традиционных технологий, практически исключающих проведение
объемных земляных работ, особенно в историческом центре Санкт-Пе-
тербурга.
Исходные данные, описывающие эти технологии, были занесены в
программу анализа состояния трубопроводных сетей, что позволило
сразу после обработки результатов обследования получать рекомендации
по способам их антикоррозийной защиты, восстановления и ремонта.
Провести полную экономическую оценку разработанных методов в
современных условиях быстро меняющихся ценовых индексов весьма
затруднительно, однако можно оценить относительную экономиче-
скую эффективность некоторых элементов предлагаемых методов, на-
пример, совершенствование службы оперативной дефектоскопии и
диагностики состояния сетей и трубопроводов.
В 1991 г. на магистральных сетях произошло 1723 повреждения тру-
бопроводов, из которых в 78% случаев для обнаружения места повреж-
дения пришлось дополнительно выполнять не менее двух раскопок (в
дополнение к рабочему котловану для ликвидации аварии). При стои-
мости одной раскопки 20000 руб только в 1991 г. на непроизводитель-
ные земляные работы было дополнительно израсходовано
2000 -1723 -78/100(2 — 1) = 26 878 800 руб (в ценах 1991 г.).
В то же время годовые затраты на дефектоскопию (две бригады с
современным оборудованием, работающие 220 дн. в году, при стоимо-
сти одного рабочего дня бригады 15 000 руб), составят:
2-15000-220 = 660 000 руб (в ценах 1991 г.).
253
Таким образом, экономический эффект от применения современ-
ных методов дефектоскопии и диагностики только за счет отказа от из-
лишних земляных работ в 1991 г. мог бы быть
26 878 800 -660 000 = 26 218 800 руб.
Эта оценка была подтверждена в последующие годы, особенно при
проведении аварийно-восстановительных работ в историческом центре
Санкт-Петербурга, где применение современных методов диагностики
и дефектоскопии в сочетании с новыми методами ремонта и восста-
новления трубопроводных сетей позволило быстро выполнить боль-
шой объем работ.
Экономический эффект применения методов диагностики и дефек-
тоскопии оказался настолько значителен, что в настоящее время к
ликвидации аварий не приступают до проведения полного обследова-
ния подозрительного участка и получения от службы диагностики де-
фектной ведомости с планом аварийного участка и рекомендаций по
методам его восстановления.
При внедрении методики в организациях ГУП «Водоканал СПб»
установлено, что из-за физического износа трубопроводных сетей и со-
оружений непроизводительные потери воды достигают 45% произво-
дительности сооружений водоподготовки. Ликвидация утечек позволя-
ет весьма существенно повысить полезную производительность
сооружений и качество очистки воды. Стоимость организации службы
расходометрии и дефектоскопии в 5—6 раз меньше затрат на ремонт
трубопроводов при локализации утечек на трубопроводных сетях.
Для контроля технического состояния канализационных сетей раз-
работана автоматизированная система [64]. Она представляет собой
компьютеризированный комплекс, позволяющий производить сбор,
обработку, анализ, архивацию и каталогизацию видеоизображений, по-
лученных при телевизионной инспекции трубопровода, а также всех
количественных параметров этой аттестации. Вся вышеназванная ин-
формация является достаточной для объективной оценки технического
состояния сети (на основе анализа кривой ее состояния), установления
рейтингового балла отдельных дефектов и их совокупности с учетом
характера расположения этих дефектов по длине трубопровода. После
аттестации сети предлагаются рациональные способы и методы ее ре-
монта, а также автоматически составляется график следующих плано-
вых аттестаций сети.
Методика аттестации состоит в следующем. Полученная при теле-
визионной инспекции видеоинформация импортируется из видеомаг-
нитофона в персональный компьютер с помощью специальной карты
ввода изображения. Оцифрованная таким образом видеоинформация
используется для создания архивной электронной копии на лазерном
диске, а также для последующей обработки средствами специально
разработанного программного обеспечения «КанАт».
254
Программное обеспечение «КанАт» написано на языке визуального
программирования Microsoft Visual С++ в идеологии объектно-ориен-
тированного программирования и работает в операционной среде Win-
dows’95 или Windows’98. «КанАт» гармонично интегрирован в среду
Windows, что позволяет легко использовать его совместно с другими
коммерческими Windows — приложениями (например, MS Word, MS
Excel), импортируя в эти продукты необходимые данные для составле-
ния отчетов или обработки данных.
Программное обеспечение «КанАт», кроме офисных функций, свя-
занных с удобным хранением и быстрым доступом ко всей видео, гра-
фической и текстовой информации, полученной при телевизионной
инспекции, решает следующие важные технологические задачи:
— составление сколь угодно сложных планов и каталогов реальных
сетей, как локальных участков, так и магистралей в отдельных районах
и в городе в целом;
— извлечение из видеозаписи телевизионной инспекции отдельных
изображений с обнаруженными дефектами и их идентификация;
— определение характерных истинных размеров дефектов с учетом
особенностей оптической системы телевизионной камеры, а также по-
ложения телевизионной камеры в трубе;
— расчет рейтингового балла в соответствии с природой дефекта,
его морфологией и геометрическими размерами;
— расчет кривой состояния по длине сети, в том числе с оценкой
динамики изменения состояния сети после повторных инспекций;
— аттестация сети и рекомендации по способам и методам ее ре-
монта или срокам очередной оценки технического состояния.
При расчете аттестационного балла сети, наряду с кривой состояния
и итоговым рейтинговым баллом дефектов, учитывается характер рас-
пределения последних по длине трубопровода, что также необходимо
для рекомендаций о способе и методах ремонта.
Для идентификации дефектов и определения их истинных размеров
использованы современные алгоритмы обработки изображения, а так-
же стереологические приемы его анализа.
9.3. ЭКОНОМИКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
Экономическая оценка повышения уровня эксплуатационной на-
дежности может производиться только комплексно с учетом сфер про-
ектирования строительства и эксплуатации. Такая оценка требует учета
ряда особенностей, связанных с сопоставимостью анализируемых дан-
ных и возможностью давать прогнозы на длительную перспективу все-
го срока службы промышленного или гражданского здания.
Если последствия отказа конструкций или здания можно оценить
экономически, то оптимальный уровень его надежности может быть
определен исходя из условия минимума средних затрат на возведение и
255
эксплуатацию сооружения. В гл. 8 показаны расчеты межремонтных
сроков службы зданий, при которых приведенные затраты минимальны.
Проблемой экономической оценки долговечности и надежности зда-
ний и сооружений занимались В. И. Агаджанов, Г. Г. Азгальдов,
И. Д. Вихрев, Б. М. Колотилкин, В. Р. Михалко, Г. И. Черномордик и др.
Опираясь на работы этих исследователей, дадим основные положе-
ния расчета экономической эффективности повышения надежности
конструкций зданий и сооружений на основе «Типовой методики
определения экономической эффективности капитальных вложений».
Приведенные затраты по каждому варианту объемно-планировочного
и конструктивного решения здания рассчитываются по формуле
П = Пн + Сэ + К, (9.1)
где Пн — приведенные затраты до начала эксплуатации здания; Сэ — приведенные затра-
ты в процессе эксплуатации здания; К — стоимость основных производственных фон-
дов, используемых при проведении ремонтных работ.
Приведенные затраты, определенные по формуле (9.1), осуществляют-
ся в различные периоды времени эксплуатации здания. Поэтому в эконо-
мических расчетах необходимо учитывать фактор времени. Для приведе-
ния разновременных затрат к одному периоду используется коэффициент
приведения а, определяемый по формуле сложных процентов:
а=(1+Ен„)-', (9.2)
где Е„ „ — норматив приведения разновременных затрат.
Значение Пн в формуле (9.1) определяется из следующего соотно-
шения:
Пн ~ (Сед + ЕнФ)а,, (9.3)
где Сея — единичная удельная стоимость 1 м2 площади здания; Е„ — нормативный коэф-
фициент экономической эффективности капитальных вложений; Ф — стоимость основ-
ных производственных фондов, используемых в строительстве.
Стоимость эксплуатации здания можно определить из уравнения
(без учета затрат на текущие ремонты)
С — С + С (<г11 — <х )
э" Р У(1-а'р)(1-<х'")’ (9.4)
где Ср — средняя стоимость капитального ремонта; Су — стоимость убытков из-за воз-
можных простоев основных фондов предприятия во время производства ремонтных ра-
бот; /н — нормативный срок службы здания; /р — время производства ремонтных работ.
256
Методика расчета эксплуатационных расходов на содержание зда-
ния включает в себя определение амортизационных отчислений:
Нрен = 100Лн, (9.5)
где НреН — норма амортизационных отчислений на реновацию; гн — нормативный срок
службы.
Далее определяется норма амортизационных отчислений на капита-
льный ремонт здания:
Н = f + 0,3d) / /н,
Р 1м ' 7 (9.6)
где о, — удельный вес /-го конструктивного элемента в сметной стоимости здания, %;
л/j — количество замен /-го конструктивного элемента на протяжении нормативного сро-
ка службы п — количество конструктивных элементов; d — удельный вес несменяе-
мых конструкций в сметной стоимости здания, % (фундаменты, стены, перекрытия и
т. д.).
Средняя стоимость капитального ремонта здания, приходящаяся на
один год эксплуатации
Ср = Нр-С/100, (9.7)
а средняя удельная стоимость капитального ремонта I м2 приведенной
площади здания
CJ" = Cp/F, (9.8)
где С — сметная стоимость здания; F — приведенная площадь его.
Как показали исследования процессов эксплуатации производст-
венных транспортных зданий (см. гл. 5 и 6), стоимость ремонтов фун-
даментов, стен, конструкций каркаса здания, элементов покрытия и
перекрытия составляет в среднем около 24% от обшей стоимости капи-
тального ремонта. Поэтому формула (9.6) для определения затрат на
капитальный ремонт примет для этих зданий вид
Up =f£G/w/+
Р Ш J (9.9)
Ежегодные затраты на производство текущих ремонтов зданий
определяются из соотношения
Ст = [Р1(1 + <р)]С, (9.10)
где Р — затраты на ремонт конструкций, % от их стоимости; 1 — коэффициент, учитыва-
ющий затраты на профилактические осмотры и непредвиденные ремонтные работы; q> —
ежегодное приращение затрат в зависимости от вида конструкций и времени функцио-
нирования здания г.
17 Заказ № 788
257
Значение q>
Ремонт стен, штукатурки........................................... 0,195 t
Ремонт перекрытий 0,007 t
Ремонт кровли..................................................... 0,008 t
Ремонт окон, окраски.............................................. 0,100 t
Ремонт дверей, окраски . . . ............. 0,061 t
9.4. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА ФАКТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
Расчет основных показателей эксплуатационной надежности рекон-
струируемого промышленного здания
При реальном проектировании реконструкции железнодорожного
производственного здания мастерских дистанции пути был проведен
расчет эксплуатационной надежности этого объекта. Ниже представле-
ны данные расчета.
1. Объемно-планировочное решение здания
1.1. Строительный объем здания 16649 м2
1.2. Ширина здания 19,2 м
1.3. Длина здания 73,4 м
1.4. Пролет одноэтажной части корпуса 18 м
1.5. Высота одноэтажной части корпуса 10,8 м
1.6. Шаг колонн 6 м
1.7. Пролет трехэтажной части корпуса 3x6м
1.8. Высота этажа трехэтажной части корпуса 4,2 м
1.9. Общая производственная площадь здания 1.10. Удельная стоимость реконструкции 1 м2 2581 м2
производственной площади здания А = 6513 руб.
2. Конструктивное решение здания
2.1. Фундаменты железобетонные свайные.
2.2. Каркас железобетонный сборный по сериям КЭ 01-55, ИИ
04-02 и др.
2.3. Стены кирпичные из красного обыкновенного кирпича марки
75 на растворе марки 25, толщиной 510 мм.
2.4. Перегородки кирпичные толщиной 120 мм.
2.5. Перекрытия и покрытие железобетонные сборные.
2.6. Кровля рулонная из 3 слоев рубероида на битумной мастике.
2.7. Внутренняя отделка в соответствии с СН 181-70 и СНиП II 92-72.
258
3. Эксплуатационные требования
3.1. По эксплуатационным требованиям, долговечности и огнестойко-
сти здание относится к классу II, по пожароопасности — к категории Д.
3.2. Нормативный срок службы в соответствии с «Нормами аморти-
зационных отчислений по основным фондам народного хозяйства
СССР» - 80 лет.
3.3. Сроки службы основных несущих конструкций до капитального
ремонта определены в соответствии с гл. 3 настоящей книги. Посколь-
ку эти сроки превышают нормативный срок службы здания, то для
фундаментов, каркаса, кирпичных стен здания установлен срок служ-
бы 80 лет. Для остальных конструктивных элементов здания сроки
службы до капитального ремонта приняты в соответствии с ППР [15] и
данными эксплуатации.
3.4. Расчет затрат на капитальные ремонты здания приводится в
табл. 9.1. Далее с помощью формул (9.7)—(9.9), определяется средняя
удельная стоимость капитального ремонта 1 м2 приведенной произ-
водственной площади здания С*21 = 3150 руб./м2.
Расчет затрат иа капитальный ремонт Таблица 9.1
Сметная Удельный Срок Количс-
Конструктивные элементы СТОИМОСТЬ, тыс. руб. вес, %, Oi службы t замен а\т1
Фундаменты 1950 11,6 80 — -
Железобетонный каркас 2210 13,1 80 — —
Кирпичные стены и перегородки 4110 24,5 80 — —
Перекрытие и покрытие железобетонное 2490 14,8 80 — —
Лестницы сборные железобетонные 290 1,7 80 — —
Кровля рулонная 1250 7,4 8 10 74,0
Оконные и дверные проемы, ворота 1570 9,3 10 8 74,0
Полы бетонные 970 5,8 8 10 58,0
Полы линолеумные 430 2,6 8 10 26,0
Внутренняя отделка 1040 6,2 10 8 49,6
Инженерное оборудование здания 500 3,0 20 4 12,0
Итого: 16810 100 — — 294
3.5. Определение оптимальных межремонтных сроков проведено по
формулам (8.3) и (8.17), полученные данные сведены в табл. 9.2. Как
видно из таблицы, имеются два близких по величине значения для оп-
тимального межремонтного срока службы — 7 и 8 лет. Принимаем tM =
8, так как эта величина кратна срокам службы основных конструкций
здания.
259
Таблица 9.2
Определение оптимальных межремонтных сроков
Г а'’1 с, С, а' 1 А + ЕС,а' 1 1 А + ЕС,а* 1 Еа‘ 1
1 1,00 3,15 3,15 68,28 1,00 68,28
2 0,89 6,30 5,61 73,89 1,89 39,10
3 0.79 9,45 7,47 81,36 2,68 30,36
4 0,70 12,60 8,82 90,18 3,38 26,68
5 0,62 15,75 9,77 99,95 4,00 24,99
6 0,55 18,90 10,40 110,35 4,55 24,25
7 0.49 22,05 10,80 121,15 5,04 24,04
8 0,44 25,20 11,09 132,24 5,48 24,13
9 0,39 28,35 11,06 143,30 5,87 24,41
10 0,34 31,50 10,71 154,01 6,21 24,80
11 0,31 34,65 10,74 164,75 6,52 25,27
12 0,28 37,80 10,58 175,33 6,80 25,78
13 0,25 40,95 10,24 185,57 7,05 26,32
14 0,22 44,10 9,70 195,27 7.27 26,86
15 0,19 47,25 8,98 204,25 7,46 27,38
что эксплуатационная надеж-
Анализ данных табл. 9.2 показывает,
ность большинства элементов здания обеспечивает восьмилетний меж-
ремонтный период.
3.6. Нормативная продолжительность капитального ремонта в соот-
ветствии с ППР [15] составляет немногим более 0,5 года.
3.7. Согласно статистическим данным, проанализированным в гл. 6,
удельные трудозатраты на ремонт 1 м2 производственной площади зда-
ния составляют в среднем 1,6 чел.-дн./м2. Общие затраты на производ-
ство одного капитального ремонта здания будут 1,6-2581 = 4155 чел.-дн.
В соответствии с гл. 6 эти трудозатраты распределятся следующим
образом по видам ремонтируемых конструкций (табл. 9.3). С учетом
нормы выработки и нормативного срока производства капитального
ремонта /р = 0,5 года среднесписочный состав ремонтных рабочих дол-
жен быть 28-30 человек.
Таблица 9.3
Трудозатраты на ремонт конструкций
Наименование ремонтируемых конструкций Удельный вес ра- бот, % Трудоемкость ра- бот, чел.-дн.
Фундаменты 5 208
Стены 11 457
Перекрытая и покрытия 8 332
Полы 10 416
Проемы 5 208
Кровля 16 665
Отделка 21 872
Инженерное оборудование и прочие устройства 24 997
Итого: 100 4155
260
3.8. Коэффициент готовности здания Кг = /M/(Ai + ip) ~ 8/(8 + 0,5) =
= 0,94.
3.9. На втором третьем году от начала эксплуатации предусматри-
вается послеосадочный ремонт.
3.10. Общая схема эксплуатационно-ремонтных циклов представле-
на на рис. 8.4.
Расчет эффективности повышения долговечности
конструкции при капитальном ремонте или реконструкции
Срок службы оклеечной изоляции из рулонных материалов до капи-
тального ремонта не превышает 8—10 лет. Ремонтопригодность этого
покрытия крайне низкая: часто приходится практически полностью за-
менять все элементы изоляции. Вместе с тем в последнее время на
многих объектах капитального ремонта и реконструкции применяются
принципиально новые составы и методы осуществления гидроизоля-
ционных работ.
Гидроизоляционные материалы проникающего действия, разрабо-
танные СПбНИИ АКХ, ЗАО «ИЦ ВНИИГС» и ИЦ «Прочность»
ПГУПС под руководством д-ра техн, наук С. И. Кривоносова [57], от-
личаются от традиционных оклеечных и обмазочных изоляций более
значительной долговечностью и эксплуатационной надежностью.
Материал гидроизоляционный «Лахта» проникающего действия (в
дальнейшем материал «Лахта») представляет собой порошок на основе
цемента, кварцевого песка и ряда специальных добавок. Этот состав,
нанесенный на поверхность бетона в виде раствора (как на внутрен-
ние, так и на внешние поверхности сооружений), проникает в бетон
благодаря силам капиллярного подсоса и осмотической диффузии. В
результате активные компоненты вступают в химическую реакцию с
цементным камнем внутри структуры бетона с образованием нераство-
римых кристаллов. Эти кристаллы кольматируют поры, капилляры и
микротрещины, не вызывая внутренних напряжений. Процесс проис-
ходит от поверхности в глубину структуры бетона. Рост кристаллов
останавливается при отсутствии воды и возобновляется при ее появле-
нии. Таким образом материал «Лахта» становится составной частью бе-
тона, повышая его водонепроницаемость на 2-3 ступени.
В результате увеличивается прочность, уменьшается разрушение
строительных конструкций при циклическом замораживании и оттаи-
вании, возрастает сопротивляемость конструкций агрессивному воз-
действию растворов солей и нефтепродуктов. При этом сохраняется
воздухопроницаемость материала, обеспечивая его «дыхание». Состав
не содержит токсичных компонентов и разрешен для применения в хо-
зяйственном водоснабжении.
Материал «Лахта» обеспечивает повышение водонепроницаемости
бетонных и железобетонных конструкций на основе портландцемента
261
и портландцемента с добавками, а также известково-песчаного раство-
ра на 2—3 ступени. Его рекомендуется применять для:
— увеличения водонепроницаемости старых и новых бетонных и
железобетонных конструкций I и II групп трещиностойкости (раскры-
тие трещин до 0,3 мм);
— восстановления водонепроницаемости строительных конструк-
ций, емкостей и сооружений;
— восстановления гидроизоляции зданий старой застройки;
— устройства горизонтальной гидроизоляции в каменных и кирпич-
ных стенах;
— обработки железобетонных резервуаров с питьевой водой.
Практическим работам на объекте предшествует тщательное диа-
гностическое освидетельствование подземной части здания, выявление
дефектов несущих стен и фундаментов, конструкции пола, пандусов,
приямков, отмостки, состояния систем водоотвода, ливневой канализа-
ции. Учитываются также данные гидрогеологических изысканий (ин-
формация о грунтах, уровне грунтовых вод и степени их агрессивности).
По результатам обследования вырабатывается стратегия мероприятий по
устранению дефектов, в том числе и по восстановлению гидроизоляции.
В основе восстановительных работ с использованием материалов
группы «Лахта» реализуется принципиально новая и важная особен-
ность этого материала — проникать по капиллярам в толщу конструк-
ции по осмотическим законам благодаря реакции различных химиче-
ских компонентов при попадании на цементосодержащую среду. Эти
компоненты-добавки, кристаллизуясь, блокируют капилляры и трещи-
ны, выталкивают из них воду. Становясь частью бетона, состав форми-
рует с ним единую массу, сопротивляющуюся воздействию внешних
сил и блокирующую новое проникновение молекул воды. Однако они
не препятствуют прониканию воздуха, позволяя бетону дышать.
Для производства работ рекомендуются два состава: «Лахта» (анало-
гичный по свойствам «Пенетрону») — для гидроизоляции подземных и
надземных конструкций; «Композиция для заделки швов» (аналогич-
ный по свойствам «Пенекриту») — для заделки трещин и швов, для за-
полнения отверстий и трещин, образующихся при высыхании цемент-
ного раствора или при эксплуатационных нагрузках.
Подготовка рабочей поверхности заключается в устранении струк-
турных повреждений, очистке от пыли, грязи, нефтепродуктов и дру-
гих посторонних веществ, которые могут препятствовать проникнове-
нию гидроизоляционного состава. Расчищаются видимые трещины,
ячейки. Гладким поверхностям бетона следует придать шероховатость.
Подготовка изолирующего состава «Лахта» производится на объекте
и заключается в тщательном перемешивании его с водой в соотношении
5:2 для нового бетона и 3:1 для старого бетона в случае нанесения рас-
пылителем. При использовании приготовленной смеси ее следует регу-
лярно перемешивать. В «Композицию для заделки швов» добавляется
вода до получения раствора средней консистенции. Каждый из приго-
товленных составов должен быть использован в течение 35 мин.
262
Технологический процесс устройства проникающей гидроизоляции
начинается с обработки изолируемой поверхности жидким раствором
«Лахта», слоем толщиной 1,2 мм, являющимся грунтовкой, далее нано-
сится «Композиция для заделки швов», которой заполняются все вы-
рубленные отверстия и трещины, слоем не толще 3,2 мм. Далее на
увлажненную мокрой кистью поверхность бетона наносится 2 слоя
жидкой смеси «Лахта». Каждый из двух слоев не превышает по толщи-
не 1,2 мм. Второй наносится после высыхания первого.
Расход «Лахты» на горизонтальных и вертикальных поверхностях
составляет 1,6 кг/м2. Нанесенная изоляция не требует специального
ухода за исключением случаев применения в очень жарком и сухом
климате, когда перед нанесением состава поверхность обрабатывается
водораспыляющим устройством. В обычных условиях достаточно рас-
пылять воду три раза в первый день.
Перед нанесением окрасочного или другого защитного покрытия
следует нейтрализовать поверхность, обработанную «Лахтой», водным
раствором уксуса или соляной кислоты (1:10), после чего снова про-
мыть водой.
Эффект пропитки бетонных и железобетонных конструкций дости-
гается исключительно за счет поверхностной обработки, так как в це-
ментосодержащих конструктивных материалах и стяжках начинается
процесс кристаллизации добавок в капиллярах, продиктованный при-
родой материал. По данным наблюдений рост гидроизоляционных
кристаллов отмечался на глубине до 90 см.
Специфика применения гидроизоляционных составов проникаю-
щего действия в кирпичных стенах, сложенных из красного кирпича на
известковом или цементно-песчаном растворе, заключается в бурении
наклонных шпуров и инъецировании в них цементного раствора. По-
сле высыхания раствора в нем просверливают шпуры меньшего диа-
метра, в которые инъецируют жидкий раствор «Лахта».
Принципиальные решения по обработке конструкций наружных и
внутренних стен подземной части проникающей изоляцией «Лахта»
представлены на рис. 9.3 и 9.4.
Так как использование методов проникающей гидроизоляции требует
значительных первоначальных затрат, необходимо оценить их эффектив-
ность с учетом повышения надежности эксплуатируемых конструкций.
Стоимость устройства 100 м2 гидроизоляции «Лахта» составляет
34 320 руб. Затраты на эксплуатацию С, представлены в табл. 9.4.
Таблица 9.4
Затраты на эксплуатацию элементов проникающей гидроизоляции
Срок эксплуатации 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
С„ руб. 170 340 510 680 850 1020 1180 1360 1530 1700
263
Рис. 9.3. Восстановление горизонтальной Рис. 9.4. Восстановление гидроизоляции
и вертикальной гидроизоляции наружной средней кирпичной стены здания
кирпичной стены с применением составов / _ штукатурка, обработанная проникающей
«Лахта» «Лахтой» в два слоя; 2 — шпонка из «Лахты»
/ - восстановленная штукатурка; 2 - отмостка;шовной; 3 - шпуры диаметром 22-30 мм. за-
3 — шпуры диаметром 25 мм, длиной 120 см, полненные проникающей «Лахтой»
заполненные проникающей «Лахтой»; 4 — зона,
обработанная штукатурной «Лахтой»; 5 — про-
кладка из полиэтилена ПВП-150
Определим оптимальный межремонтный срок службы этой изоля-
ции Тм по формуле (8.3). Ен принимаем равным 1. Все расчеты приве-
дены в табл. 9.5.
Таблица 9.5
Расчет удельных приведенных затрат
9 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Сем 34 320 - - - - - - - - -
С( 170 340 510 680 850 1020 1190 1360 1530 1700
Сем + z Ci 34 490 34 830 35 340 36 020 36 870 37 890 39 080 40 440 41 970 43 670
Ст 6898 3483 2356 1801 1474 1263 1116 1011 933 873
Из табл. 9.5 видно, что С? уменьшается на отрезке в 50 лет. Это по-
казывает, что даже при t = 50, изоляция «Лахта» не нуждается в ремон-
те. С помощью формулы (8.10) можно определить экономический срок
службы этой изоляции:
Тэк = л/2Ссм /Ь = з/2-34320/34 = 45 лет.
264
Аналогичные расчеты выполнены для обычной рулонной оклеечной
изоляции при Ссм = 3266 руб. Затраты на эксплуатацию этой изоляции
представлены в табл. 9.6. Все расчеты по формуле (8.3) приведены в
табл. 9.7.
Таблица 9.6
Затраты иа эксплуатацию элементов обычной рулонной гидроизоляции
Срок эксплуата- ции г. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
С„ руб - 490 980 1470 I960 2150 2940 3430 3920 Табл 4410 ица 9.7
Расчет межремонтного срока обычиой рулонной гидроизоляции
Г 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ссм 3266 - - — - - — - - -
Ci — 490 980 1470 1960 2450 2940 3430 3920 44 10
Ссм + z С, 3266 3756 4736 6206 8166 10616 13 556 16 986 20 906 253 16
Ст 3266 1878 1579 1551 1633 1769 1936 2123 2323 25 32
Как видно из табл. 9.7, оптимальный срок службы обычной оклееч-
ной изоляции составляет всего 4 года, так как приведенные затраты по-
сле этого срока начинают резко возрастать. Если учесть, что за весь срок
эксплуатации проникающей изоляции 45 лет оклеечную изоляцию при-
дется ремонтировать не менее 10 раз, легко подсчитать, что приведен-
ные затраты на устройство и эксплуатацию оклеечной изоляции будут в
1,47 раза больше, чем при устройстве проникающей изоляции.
Из расчетов видно, что повышение эксплуатационной надежности
конструкций позволяет получать значительный экономический эф-
фект.
9.5. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ
Развитие науки и техники приводит к резкому увеличению как са-
мих типов зданий, так и количества применяемых для их строительства
элементов, конструкций и материалов. Это влечет за собой пересмотр
ряда традиционных представлений и методов в области технического
обслуживания, ремонта и реконструкции зданий. Одной из основных
задач в области строительства становится уменьшение убытков от вы-
вода зданий и сооружений из эксплуатации.
265
Исследования различных авторов и опыт эксплуатации зданий и со-
оружений позволяют представить требования, направленные на повы-
шение уровня их эксплуатационной надежности.
1. Объемно-планировочное и конструктивное решение зданий дол-
жно отвечать условиям длительной эксплуатации с учетом возможно-
сти перепланировки с минимальными затратами. Для строительных
конструкций, обладающих низкой долговечностью, должен быть обес-
печен повышенный уровень ремонтопригодности.
2. При вариантном отборе архитектурно-конструктивных решений
зданий предпочтение следует отдавать вариантам с минимумом пере-
падов высот, надстроек, эркеров, лоджий и т. д.
3. При использовании в проекте здания новых конструктивных эле-
ментов и материалов необходимо предусматривать возможность их ра-
ционального ремонта или замены.
4. Реконструкция зданий позволяет повысить их эксплуатационную
надежность и снизить на 25—30% общие капиталовложения в строите-
льство. При реконструкции промышленных предприятий важное зна-
чение имеет блокировка новых цехов с уже эксплуатируемыми здания-
ми, позволяющая снизить на 10—15% общие трудозатраты на
переустройство объекта. Блокировка должна осуществляться в «гиб-
ких» строительных решениях, обеспечивающих размещение различных
по технологии производств. Для гибких цехов рационально повысить
удельный вес легких металлических элементов, имеющих по сравне-
нию с массивными железобетонными конструкциями больший коэф-
фициент ремонтопригодности.
5. Компоновка элементов в конструкции должна производиться та-
ким образом, чтобы они обладали равной или краткой изнашиваемо-
стью.
6. Для каждого типового здания должна быть разработана програм-
ма технической эксплуатации, включающая процессы технического
обслуживания и ремонтов. При разработке ремонтных циклов и цик-
лов технического обслуживания все виды работ должны разделяться на
две группы: выполняемые в процессе эксплуатации здания; требующие
изъятия здания из эксплуатации. Необходимо предусматривать выпол-
нение работ первой группы в максимально возможном объеме.
7. При разработке ремонтных циклов следует производить разбивку
основных несущих, ограждающих и других конструкций по показате-
лям эксплуатационной надежности, предусматривая их замену или ре-
монт по принципу равной или кратной изнашиваемости.
8. Эксплуатационные требования, технические указания на обслу-
живание и ремонт зданий должны допускать выполнение всех видов
обслуживания и ремонта персоналом, имеющим минимальную квали-
фикацию.
9. Технологические процессы обслуживания и ремонта должны
быть типизированы. Необходимо разработать для эксплуатационных
служб промышленных зданий «Технические указания на производство
266
и приемку общестроительных и специальных работ при капитальном
ремонте» по типу уже имеющихся указаний для гражданских зданий.
10. Так как расходы на производство ремонтных работ по промыш-
ленным зданиям часто в 2—3 раза превышают нормативные, для повы-
шения эффективности капитального ремонта производственных зда-
ний необходимо предусматривать его во взаимосвязи с техническим
перевооружением предприятия.
11. Для эксплуатируемых зданий должны быть разработаны комп-
лексные системы осуществления технической диагностики и контроля
состояния их основных элементов.
12. При выборе технологического процесса ремонта зданий в каче-
стве основного критерия следует принимать суммарные трудозатраты
на производство основных и вспомогательных ремонтных работ. Необ-
ходимо обеспечить сокращение до минимума объемов демонтажных
работ.
13. В связи с большими масштабами работ по капитальному ремон-
ту и реконструкции промышленных зданий необходимо проведение
исследовательских работ по выявлению возможности создания новых
типовых конструкций, предназначенных для капитального ремонта.
14. Необходимо создавать базу данных по эксплуатируемым здани-
ям и сооружениям, которая позволит формировать ремонтные и ре-
конструктивные программы с целью повышения эксплуатационной
надежности объектов недвижимости.
* * *
Итак, высокая надежность здания или сооружения стоит немало.
Но низкая надежность обходится еще дороже. Только затраты на эксп-
луатацию многих жилых и промышленных зданий, как было отмечено
ранее, уже через 7—10 лет превышают их сметную стоимость. Еще бо-
льшие и не только материальные потери приносят внезапные (аварий-
ные) отказы конструкций зданий и сооружений.
Аварии таких сооружений как вокзалы, спортивно-концертные
комплексы, аквапарки связаны с риском для жизни десятков и сотен
людей. Поэтому необходим жесткий государственный контроль за ка-
чеством проектирования, строительства и эксплуатации этих объектов.
Для обеспечения безопасности сооружений нужна также научная экс-
пертиза при распределении тендеров на строительство. Опыт США по-
казывает важность страхового обеспечения строительных объектов.
Слова «надежность» и «надежда» имеют одинаковые корни. И то и
другое слово предполагает некоторую вероятность. Ученые и инжене-
ры во всем мире работают над тем, чтобы увеличить безотказность на-
ших зданий и сооружений. Надежность любого объекта недвижимо-
сти — это качество, развернутое в будущее.
267
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 10-01-04. Система нормативных документов в строительстве.
2. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные
положения по расчету' (СТСЭВ 384-87).
3. ГОСТ 19489-74. Система технического обслуживания и ремонта техники. Испыта-
ния на ремонтопригодность. Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1974.
4. ГОСТ 13377-75. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Изд-во стан-
дартов, 1975.
5. ГОСТ 18322-73. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины
и определения. М.: Изд-во стандартов, 1973.
6. ГОСТ 19152-73. Система технического обслуживания и ремонта техники. Ремон-
топригодность. Состав общих требований. М.: Изд-во стандартов, 1973.
7. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и
определения. М.: Изд-во стандартов, 1979.
8. Инструкция по переоценке и определению износа основных фондов хозрасчетных,
государственных, кооперативных и общественных предприятий и организаций по состо-
янию на 01 января 1972 г. М.: Статистика, 1970.
9. Методические рекомендации по определению допустимых в эксплуатации 'значе-
ний параметров предельных состояний несущих конструкций жилых зданий. МЖКХ
РСФСР, АКХ. М.: ОНТИ АКХ, 1977.
10. Методические рекомендации по оценке состояний конструкций эксплуатируемых
полносборных зданий. МЖКХ РСФСР, АКХ. М.: ОНТИ АКХ, 1975.
11. Нормы амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства
СССР и положение о порядке планирования, начисления и использования амортизаци-
онных опислений в народном хозяйстве. Госплан СССР. М.: Экономика, 1974.
12. Положение о проведении планово-предупредительного ремонта жилых и обще-
ственных зданий. Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1965.
13. Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и техническо-
го обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения.
ВСН 58-88(р). М.: Стройиздат, 1990.
14. Положение о проведении планово-предупредительных ремонтов жилых и обще-
ственных зданий. М.: Стройиздат, 1974.
15. Положение о проведении планово-предупредительных ремонтов производствен-
ных зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1974.
16. Положение по техническому обследованию жилых зданий. ВСН 57-88 (р). М.,
ГУП ППП. 1998.
17. Положение по оценке непригодности жилых домов и жилых помещений государ-
ственного и общественного жилищного фонда для постоянного проживания. М.: МЖКХ
РСФСР, 1986.
18. Положение по техническому обследованию жилых зданий. ВСН 57-88 (р). М.:
ГУП ЦПП, 1998.
19. Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда. М.: Стройиздат, 1965.
20. Правила оценки физического износа жилых зданий. ВСН 53-86(р). Госгражданст-
рой. М.: ГУП ЦПП, 2001.
21. Рекомендации по восстановлению и усилению крупнопанельных зданий. Тбили-
си, Ротапринт ТбилЗНИИЭП, 1984.
22. Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зда-
ний промышленных предприятий. М/. Стройиздат, 1981.
23. Абрашитов В. С. Техническая эксплуатация и обследование строительных конст-
рукций. М.: Изд-во АСВ, 2002.
24. Авиром Л. С. Надежность конструкций сборных зданий и сооружений. Л.: Строй-
издат, 1971.
25. Агаджанов В. И. Экономика повышения долговечности и коррозийной стойкости
строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1976.
26. Акоф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. М.: «Мир», 1971.
27. Бабакин В., Ройтман А., Сиротин М. Переустройство жилых зданий. М.: Москов-
ский рабочий, 1971.
28. Бемман Р. Динамическое программирование. М.: ИЛ, 1960.
29. Беляев В. Н. Планирование затрат на техническое обслуживание и ремонт транс-
портных зданий. В сб.: «Совершенствование эксплуатации и ремонта транспортных зда-
ний и сооружений». СПб.: ПГУПС, 2002.
268
30. Богуславский Л. Д., Стражников А. М. Эксплуатация инженерного оборудования
зданий в условиях экономии энергетических ресурсов. М.: Стройиздат, 1984.
31. Бойко М. Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплутациоп-
ных качеств зданий. Л.: Стройиздат, 1985.
32. Болотин В. В. Применение методов теории вероятности и теории надежности в
расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971.
33. Бубес Э. Я., Попов Г. Г, Шарлыгина К. А. Оптимальное перспективное планирова-
ние капитального ремонта и реконструкции жилищного фонда. Л.: Стройиздат, 1980.
34. Будунова Н. И. Пути повышения экономической эффективности реконструкции
промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1974.
35. Бурак Л. Я., Рабинович Г. М. Техническая экспертиза жилых домов старой за-
стройки. Л.: Стройиздат, 1977.
36. Гершин М. Г., Зайчиков И. С. Эксплуатация жилищного фонда и коммунальных
объектов на селе. М.: Росагропромиздат, 1989.
37. Горохов £. В. и др. Долговечность стальных конструкций в условиях реконструк-
ции. М.: Стройиздат, 1994.
38. Гусаков А. А., Ильин И. И. Методы совершенствования организационно-техноло-
гической подготовки строительного производства. М.: Стройиздат, 1985.
39. Дмитриев Е. В. Эксплуатация промышленных здании и сооружений. М.: Строй-
издат, 1970.
40. Дружинин Г. В. Процессы технического обслуживания автоматизированных сис-
тем. М.: Энергия, 1973.
41. Дудышкина Л. А., Жуковская В. И. Ремонт полносборных жилых зданий. М.:
Стройиздат, 1987.
42. Жолобов А. Л., Жолобова Е. А., Костриц А. И., Ротань В. Я. Многослойные кровли.
Новый метод обследования и инструментальной обработки данных. Статья в журнале
«Техника для городского хозяйства». М.: ООО «Издательский мир», № 2, 2003, с. 4—5.
43. Захаревич М. Б. Современные методы диагностики и дефектоскопии водопровод-
ных систем. Сборник докладов «Евроград». С.-Петербург, 1993.
44. Иванова И. И. Автоматизированные системы управления объектами недвижимо-
сти. В кн. «Системная организация производственно-технологических и социально-эко-
номических процессов». Ростов на Дону, РГСУ. 1999, с. 31—36.
45. Иващенко Е. И. Практика обоснования степени капитальности и сроков службы
производственных зданий. М.: ЦИНИС, 1973.
46. Износ и защита конструкций промышленных зданий. ЦНИИ Промзданий. М.:
Стройиздат, 1971.
47. Иосилевский Л. И., Чирков В. П. О прогнозировании долговечности мостовых же-
лезобетонных конструкций. — Транспортное строительство, 1973, № 10.
48. Калинин А. А. Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений. М.: Изд-во
АСВ, 2002.
49. Каннингхем К., Кокс В. Методы обеспечения ремонтопригодности. М.: Изд-во
«Советское радио». 1978.
50. Кикин А. И. Повышение долговечности металлических конструкций промышлен-
ных зданий. М_: Стройиздат, 1984.
51. Колотилкин Б. М. Долговечность жилых зданий. М.: Стройиздат, 1965.
52. Костриц А. И. и др. Оценка эксплуатационной надежности крупнопанельных зда-
ний. Сборник МДНП. М., 1985, с. 27—34.
53. Костриц А. И. Сборные конструкции для ремонта зданий. Л.: Стройиздат, 1979.
54. Костриц А. И., Рогонский В. А. Новый метод оценки долговечности зданий и эле-
ментов конструкций. — В журнале «Коммунальное хозяйство и бытовое обслуживание».
Таллинн, 1966, № 4.
55. Костриц А. И., Рогонский В. А. Эффективность повышения долговечности и на-
дежности конструкций при капитальном ремонте зданий. — В кн.: Прогрессивные кон-
струкции и строительные материалы для ремонта жилых зданий, вып. 170, М.: ОНТИ
АКХ, 1979.
56. Костриц А. И., Сидоренко А. Д. Исследование вопросов эффективности примене-
ния мелкосборных конструкций перекрытий при капитальном ремонте зданий. — В кн.:
Прогрессивные конструкции и строительные материалы для ремонта жилых зданий,
вып. 170, М.: ОНТИ АКХ 1979.
57. Кривоносов С. И. Гидроизоляция как методология и инструментарий энерго- и ре-
сурсосбережение. Сб. СПбГГУ, 2000.
58. Лысова А. И. Техническая эксплуатация и ремонт зданий. СПб., Стройиздат СПб,
1999.
269
59. Методические указания по техническому обследованию полносборных жилых
зданий. М.: Стройиздат, 1974. — 95 с.
60. Мешечек В. В., Ройтман А. Г. Капитальный ремонт, модернизация и реконструк-
ция жилых зданий. М., Стройиздат, 1987.
61. Молоканов Н. М. и др. Использование математических катодов в анализе строите-
льных процессов. Л.: Стройиздат, 1971.
62. Оптнер С. Л. Системный анализ для решений условий и промышленных проблем.
М.: «Советское радио», 1969.
63. Порывай Г. А. Техническая эксплуатация зданий. М.: Стройиздат, 1982.
64. Продоус О. А. Совершенствование методов использования бестраншейных техно-
логий для ремонта городских канализационных сетей. М.: МИИТ, 1999.
65. Прохоркин С. Ф., Роговский В. А. Пути повышения надежности зданий и сооруже-
ний. ЛДНТП, Л., 1973.
66. Реконструкция зданий и сооружений. М.: Высшая школа, 1991.
67. Ржаницын А. Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.,
Стройиздат, 1978.
68. Рибицки Р. Повреждения и дефекты строительных конструкций. М., Стройиздат, 1982.
69. Роговский В. А. Математический метод оценки долговечности и надежности эле-
ментов зданий. АН СССР «Экономика и математические методы», том V, вып. 1, 1969.
70. Рогонский В. А. Модель перспективного планирования реконструкции промыш-
ленных зданий. АН СССР. «Экономика и математические методы», том VII, вып. 5, 1971.
71. Рогонский В. А. Моделирование процессов ремонта и реконструкции зданий. — В
кн.: Повышение качества капитального ремонта, модернизации, реконструкции обще-
ственных и промышленных зданий. ЛДНТП, Л., 1978.
72. Роговский В. А. и др. Проектирование производства работ при техническом обслу-
живании, капитальном ремонте и реконструкции железнодорожных зданий и сооруже-
ний. СПб, ПГУПС. 1994.
73. Рогонский В. А., Воронин В. М. Строительные катастрофы. СПб.: Стройиздат, 2001.
74. Ройтман А. Г. Деформации и повреждения зданий. М.: Стройиздат, 1987.
75. Ройтман А. Г. Предупреждение аварий жилых зданий. М.: Стройиздат, 1990.
76. Ройтман А. Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий. М.: Стройиз-
дат, 1985.
77. Ройтман А. Г., Смоленская Н. Г. Ремонт и реконструкция жилых и общественных
зданий. М.: Стройиздат, 1978.
78. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Справочное пособие.
М.: Стройиздат, 1993.
79. Тимохов Г. Ф. Модернизация жилых зданий. М.: Стройиздат, 1986.
80. Тьерри Ю., Залески С. Ремонт зданий и усиление конструкций. М.% АКХ, Стройиз-
дат, 1975.
81. Шатнев Б. Н. Содержание и капитальный ремонт зданий и сооружений железно-
дорожного транспорта. М.: Транспорт, 1970. — 244 с.
82. Шеряков В. Ф., Костриц А. И. Основные направления научных исследований по
проблеме индустриализации ремонта и эксплуатации жилищного фонда с применением
прогрессивных строительных материалов и конструкций. — В кн.: Прогрессивные конст-
рукции и материалы для ремонта жилых зданий. Вып. 170, М.: 1979.
83. Шор Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. М.:
«Советское радио», 1962.
84. Шпете Г. Надежность строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1994.
85. Шрейбер К. А. Вариантное проектирование при реконструкции жилых зданий. М.:
Стройиздат, 1991.
86. Эксплуатация жилых зданий. Справочное пособие. (Ариевич Э. М., Коломе-
сц А. В., Котенко С. Н., Ройтман А. Г.). М.: Стройиздат, 1991.
87. Яворский В. Г. Монтаж строительных конструкций при реконструкции зданий.
Киев: Будивельник, 1986.
88. Code of functional reguirements of buildings. Chapter II. Durability. BS. CP-3, 1950.
89. Arhitektcra, 1970, № 3.
90. Johrson S. M. Optimal Two and Thrco-Stagc Production Schedules with set-up Times
Incitidcd Naval Research Legistics Quaterli, 1954, 1.
91. Kery /. Az epidetek avulasanak nchany kerdesc. — Epitoipariszcmlc, 1965, № 8.
92. Die Einiihrung der planmapigen vorbeugenden Instandhaltung im Komplexen Wohmm-
gsbau. KDT-Lehrgang. Berlin, 1977.
270
Оглавление
Предисловие 3
Глава 1. Эксплуатационная надежность зданий и сооружений. . 6
1.1. Проблема надежности строительных фондов................................ 6
1.2. Термины и основные положения надежности зданий и сооружений. 14
1.3. Сроки службы зданий 20
Глава 2. Системный подход к проблеме нланово-предупредительного ремонта
зданий ................ 41
2.1. Опыт разработки и внедрения положений о ППР зданий и сооружений 41
2.2. Межремонтные сроки.................................................... 49
2.3. Отказы постепенные и внезапные . . .69
2.4. Аварийные отказы...................................................... 71
2.5. Совершенствование системы планово-предупредительных ремонтов зданий
и сооружений.............................................................. 73
Глава 3. Анализ долговечности и безотказности конструкций 79
3.1. Общие предпосылки и обоснование метода................................ 79
3.2. Статистическая оценка надежности конструкций в процессе эксплуатации 89
3.3. Статистическое определение эксплуатационной надежности зданий . 102
3.4. Примеры возможных оценок сроков службы конструкций 109
3.5. Технико-экономический критерий и расчет оптимальной надежности 118
Глава 4. Техническое обслуживание и ремонт' зданий.........................121
4.1. Классификация работ при техническом обслуживании и ремонтах зданий 121
4.2. Работа по техническому обслуживанию конструктивных элементов зданий 123
4.3. Профилактические мероприятия текущего ремонта, предупреждающие
отказы конструкций....................................................... 126
4.4. Восстановление работоспособности зданий...............................137
4.5. Комплексная оценка эксплуатационных качеств зданий..................146
4.6. Общий подход к оптимизации системы технического обслуживания
н ремонта зданий ....................................... ... 151
Глава 5. Основы ремонтопригодности зданий................................. 153
5.1. Системный подход к оценке ремонтопригодности зданий 153
5.2. Восстановление как средство повышения надежности зданий 157
5.3. Оценка ремонтопригодности конструктивных элементов . 160
5.4. Контроль технического состояния зданий................................164
5.5. Конструктивно-Технологические требования к ремонтопригодности зданий. 169
5.6. Оптимизация процессов технической эксплуатации зданий 174
5.7. Технологичность производства ремонтных работ. 177
5.8. Рациональная последовательность работ................................ 183
5.9. Некоторые вопросы управления в процессе восстановления зданий . 187
Глава 6. Восстановление и реконструкция зданий ........................... 191
6.1. Общий подход к оценке э<|х|тсктивности технической эксплуатации зданий 191
6.2. Модель профилактических ремонтов зданий . 196
6.3. Эффективность реконструкции зданий ... 199
6.4. Динамический процесс восстановления зданий ... 202
6.5. Расчетная схема решения общей задачи о реновации . 207
Глава 7. Математическое моделирование процесса ремонта зданий 213
7.1. Формализация процесса эксплуатации зданий 213
7.2. Формирование состояния здания па ЭВМ................................ 215
7.3. Описание работы алгоритма для статистического моделирования на ЭВМ
процесса функционирования здания......................................... 220
7.4. Расчет эксплуатационной надежности зданий на ЭВМ 223
Глава 8. Перспективное планирование реновации зданий 227
8.1. Моделирование строительных процессов ремонта и реконструкции зданий 227
8.2. Системный подход к оценке эксплуатационной надежности здания . 229
271
8.3. Планирование затрат на техническое обслуживание и ремонт зданий
и сооружений............................................... 235
8.4. Формирование ремонтных программ на основе базы данных по
эксплуатируемым промышленным и гражданским зданиям . 243
Глава 9. Пути повышения эксплуатационной надежности зданий....247
9.1. Общая характеристика способов повышения эксплуатационной надежности
зданий ................... 247
9.2. Влияние современных методов диагностики на эффективность
принимаемых решений по повышению эксплуатационной надежности
зданий и сооружений....................................... .251
9.3. Экономика эксплуатационной надежности зданий.......255
9.4. Примеры анализа фактических показателей эксплуатационной надежности 258
9.5. Основные требования к эксплуатационной надежности зданий 265
Список литературы 268
Рогонский Владислав Анатольевич, Костриц Андрей Игоревич,
Шеряков Владимир Федорович, Беляев Владимир Николаевич,
Захарович Михаил Борисович, Кривоносов Сергей Иванович
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Редактор Л. В. Партизенкова
Оформление художника Ю. С. Александрова
Компьютерная верстка С. В. Арефьева
ДР 040658 от 15.12.98
Подписано в печать 7.06.2004. Формат 60 х 90 '/и.. Печать с пленок.
Усл. печ. л. 17. Уч.-изд. л. 17,25. Усл. кр.-отт. 17,3.
Тираж 3000 экз. Заказ № 788
ОАО «Издательство “Стройиздат СПб”»
199053, Санкт-Петербург, Биржевой пер., 1/10.
Отпечатано в ОАО «Издательско-полиграфическое
предприятие «Искусство России»
198099, Санкт-Петербург, ул. Промышленная, 38/2.