Рекомендации по определению сроков службы конструкций полносборных жилых зданий

Главная / Новости / Рекомендации по определению сроков службы конструкций полносборных жилых зданий

Принятыев настоящее время нормативные сроки службы каменных зданий определяют их впределах 100 — 150 лет. Основные несущие конструкции зданий имеют срок службы,равный сроку службы здания. Для всех остальных конструкций сроки службыустановлены с учетом их замены в течение периода эксплуатации здания.

Анализдействующих нормативных сроков службы показывает, что все элементы зданий,применяемые в современном полносборном жилищном строительстве, можно разделитьна группы по их срокам службы. В табл. 1 приведены сроки службыэлементов полносборных и каменных зданий и определен относительный показатель

t= tэл/Тзд,

где tэл — нормативныйсрок службы элемента; Тзд- нормативный срок службы здания.

Таблица 1

Элемент

Срок службы по существующим нормам tэл,годы

t = tэл/Тзд

1 группа

Фундаменты

100-150

1

Стены

100-150

1

Перекрытия

100-150

1

Покрытия(совмещенная крыша)

125-150

1

Балконы

100-150

1

Внутренниенесущие стены

100-150

1

Каркас

100-150

1

Лестницы

100

0,7-1

II группа

Перегородки

60-75

0,6-0,5

Оконные ибалконные блоки

40-50

0,4-0,3

Внутренниедвери

50

0,5-0,3

Облицовкафасадов

50

0,5-0,3

Полыпаркетные

50-80

0,5

III группа

Полы из линолеума

20

0,2-0,1

Отделкавнутренняя

3-8

0,02-0,08

IV группа

Отделканаружная (окраска)

5-6

0,06-0,03

Кровлярулонная

12

0,12-0,08

Как можно видеть из табл. 1, впервую группу входят все основные несущие конструкции, срок службы которыхравен сроку службы здания, следовательно, показатель t= 1. В этой группе только по элементам лестниц наблюдается некоторое снижениепоказателя (t = 0,7). Ко второй группе относятся элементы,срок службы которых составляет приблизительно половину срока службы здания (t= 0,3 — 0,6). В третью группу выделены только полы из линолеума (t= 0,2 — 0,1). Четвертую группу составляют отделки конструкций и рулонная кровля(t= 0,08 — 0,12). Эти элементы подлежат 50 раз замене в течение срокаэксплуатации здания.

Втабл. 1можно видеть разброс значений показателя t, что создаетнеопределенность в планировании ремонтов. Например, срок службы лестницопределен 100 лет, тогда для здания со сроком службы 125 — 150 лет необходимозаменить лестницы, при этом новые элементы после замены не исчерпают своегосрока службы. Таким образом, заложенная в нормативах неопределенностьпредполагает необязательность соблюдения установленных нормативов, что напрактике приводит к невозможности четко обеспечить выполнениепланово-предупредительных ремонтов.

Представляетсяцелесообразным установить более четкие нормативные требования к срокам службыэлементов зданий. Здесь имеются два этапа: первый — нормирование требуемыхсроков службы элементов и согласование их со сроком службы здания; второй -уточнение и определение сроков службы различных видов конструкций.

Всоответствии с первым этапом следует четко установить для каждой группыэлементов нормативную кратность сроков их службы и всего здания (показатель t).

Наосновании анализа состояния различных видов эксплуатируемых конструкций можнопредложить следующие нормативы: элементы несущих конструкций здания t= 1; перегородки, столярные изделия, полы паркетные, облицовка фасадов t= 0,5; полы из линолеума t = 0,2; кровля рулонная t= 0,1; отделка внутренняя и наружная (окраска) t = 0,05.

Имеятакие нормативы при проектировании здания заданной категории долговечности,можно подбирать элементы, имеющие соответствующие сроки службы.

Вторымэтапом является определение сроков службы каждого элемента с учетом изменениясостояния во времени. Целью этих исследований является уточнение нормативныхсроков службы различных видов конструкций с учетом эксплуатационныхвоздействий. Зависимость между этими двумя этапами можно проиллюстрироватьследующим примером.

Пустьпроектируется здание со сроком службы 100 лет, в котором можно использовать тритипа перегородок, нормативный срок службы которых составляет: t1 = 25 лет; t1 = 45 лет; t1 = 70 лет.Соответственно показатели отношения t = tэл/Тздсоставят: t1 = 0,25; t2= 0,45; t3 = 0,7.

Согласнопредлагаемой системе нормирования перегородки относятся ко II группе с t = 0,5. Этомутребованию более всего соответствует второй тип (t2= 0,45). Если принять перегородки третьего типа, то после их замены они будутиспользоваться только половину своего срока службы.

Здесьрассматривается случай замены элемента при ремонте на однотипный. Можнопредположить, что на оставшийся срок эксплуатации элемент заменяется менеедолговечным, при этом технико-экономические показатели будут соблюдены, однако,как правило, менее долговечные элементы не отвечают пожарным и иным требованиямк зданию данной категории.

II.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ ПО ИХ ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

Методикаопределения сроков службы конструкций эксплуатируемых зданий основана наисследовании изменения состояния конструкций в процессе эксплуатации,определении законов распределения значений их характеристик, установлениинормативных и предельных значений параметров и прогнозировании изменения этихпараметров с учетом условий эксплуатации.

Сборданных об изменении состояния конструкций во времени

Исходныеданные для прогнозирования сроков службы конструкций могут быть получены двумяпутями: проведением лабораторных испытаний или сбором статистических данных об изменениисостояния конструкций в эксплуатации.

Прилабораторных испытаниях фиксируется изменение одного или нескольких параметровв зависимости от воздействий, Монтаж отоплениярующих процесс эксплуатации. ТакимМонтаж отоплениярованием являются циклы нагружения или замораживания, ускоренныеиспытания при более жестких режимах работы и т.п.

Получениеисходных данных для расчета при лабораторных испытаниях состоит из трех этапов:

1) исходные данные перед испытаниями:количество образцов, методика испытаний, Монтаж испытываемойконструкции;

2) исходные данные при испытаниях: значенияпараметров Si при соответствующих значениях воздействий Рi, Монтаж отоплениярующих условияэксплуатации;

3) обработка результатов испытаний:получение зависимости S = f(p); переход от S = f(p) к S = f(t).

Сборстатистических данных об изменениях состояния конструкций во времени позволяетполучить законы распределения значений параметров, характеризующих ихсостояние, а также обобщить зависимости изменения параметров, которые можноиспользовать в дальнейшем для прогнозирования срока службы аналогичныхконструкций.

Сборданных об эксплуатируемых конструкциях предполагает систематическое проведениеинструментального контроля состояния определенного количества конструкций. Приэтом необходимо руководствоваться ГОСТ 17510-79 «Надежность в технике.Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдения».

Объемвыборки должен обеспечивать получение достоверных результатов. Если цельюнаблюдений является получение обобщённых закономерностей изменения параметров,которые затем будут распространены на все конструкции данного вида (на всюгенеральную совокупность), то необходимо учитывать общее количество элементовили зданий, находящихся в эксплуатации в одинаковых условиях.

Дляслучая нормального распределения значений исследуемых параметров число объектовнаблюдения можно определять по формуле

n = t2V2/e2,                                                                     (1)

где V — коэффициент вариации; t — показатель достоверности; e- показатель точности.

Дляполучения этих параметров необходимо определить среднее арифметическое всехизмеренных значений параметра

М = SSi/n,                                                                    (2)

и среднеквадратическоеотклонение всех значений от средней величины

s = ±,                                                         (3)

где Sх2- сумма квадратов всех отклонений от среднего арифметического.

Коэффициентвариации (%) определяется по формуле

V= ±100s/М.                                                               (4)

Показательточности (средняя ошибка, выраженная в процентах от соответствующего среднегоарифметического) определяется по формуле

e = ±100s/М .                                                          (5)

t зависит от заданной вероятности (табл. 2),характеризующей надежность получаемого результата, которая принимается: Р = 0,95- общая предварительная оценка; Р = 0,99 — достаточный критерий надежности; Р =0,999 — критерий максимальной строгости.

Таблица2

Вероятность результата Р

Показатель t

Вероятность результата Р

Показатель t

0,683

1

0,97

2,17

0,7

1,04

0,98

2,33

0,75

1,15

0,99

2,58

0,8

1,28

0,995

2,8

0,85

1,44

0,997

3

0,9

1,64

0,999

3,29

0,95

1,96

0,9995

3,5

0,955

2

0,9999

4

0,96

2,05

 

 

При небольшом количестве эксплуатируемыхэлементов или зданий объем выборки определяется по формуле

n= t2V2N/(Ne2+ t2V2),                                                  (6)

где N — общее количество эксплуатируемыхконструкций.

Корректировкаобъема выборки проводится по графикам (рис. 1), который построен по формуле

n*= N1n/(N — 1 + n),                                                     (7)

Кривые100, 200, 300, 750, 1000, 2000, 3000, 5000 характеризуют общее число элементов,из которого производится выборка.

Определениенеобходимого количества объектов наблюдения иллюстрируется примером 1.

Пример 1. Определить с точностью e= 5 % и доверительной вероятностью P = 0,95 необходимое количество объектов наблюденияза раскрытием трещин на фасадах домов сер. П-57, если известно, что общееколичество домов этой серии N= 280, коэффициент вариации показателя плотности трещин по предыдущимнаблюдениям принимаем V= 10 %.

Потабл. 1определяем для P= 0,95 tр°= 1,96.

Поформуле (6)находим

n =  = 14,56.

Посколькуобщее количество домов данной серии невелико, проводимкорректировку объема выборки по графикам (см. рис. 1) или формуле (7) n* = 14 (домов).

Рис. 1. Графики для определения откорректированногочисла испытываемых элементов в зависимости от количества элементов в зоне:

А — при N от 20 до 100;б — при N от 300 до 1200

Присборе статистических данных с целью прогнозирования срока службы конструкцийнеобходимо фиксировать следующие показатели:характеристика конструкции (конструктивное решение, материалы, размеры);характеристика условий эксплуатации и режима работы; значения наблюдаемыхпараметров, характеризующих состояние конструкции Si и соответствующий имсрок ее эксплуатации ti.

Получениестатистических данных производится в такой последовательности:

предварительныйэтап — обоснование объема выборки для наблюдений;

наблюдения- фиксация значений параметров Siи соответствующих им сроков эксплуатации; характеристика наблюдаемыхконструкций;

обработкарезультатов — определение зависимости S = f(t)и аппроксимация эмпирической зависимости теоретической кривой.

Определениепараметров, характеризующих состояние конструкции, производится с учетомспецифики работы конструкции в здании, а также на основании предварительныхнаблюдений за аналогичными конструкциями.

Дляопределения сроков службы несущих и ограждающих конструкций при наблюденияхследует фиксировать следующие параметры: срок эксплуатации (наработка), срокпоследнего ремонта, прочность материала, геометрические размеры, ширинараскрытия трещин, плотность трещин (для наружных ограждающих конструкций),деформации (прогиб, отклонение), показатель звукоизоляции, Монтажтеплоизоляции конструкции, наличие протечек, влажность материала, наличиекоррозии закладных деталей.

Принаблюдениях за элементами отделки зданий (окраска, облицовка, полы) и кровлиосновными характеристиками являются следующие: срок эксплуатации послепоследнего ремонта, относительная площадь повреждения — отдельно по каждомувиду повреждения (трещины, вздутия, разрушения и т.д.); характеристикаматериалов (прочность, влажность и др.).

Покаждому из наблюдаемых параметров должны быть определены предельно допустимые (Sпрод) а нормативные(Sн)значения параметров. Нормативные значения параметров принимаются посоответствующим стандартам, СНиП и др. нормативным документам. Предельнодопустимое значение параметра характеризует его предельное состояние, котороедля несущих конструкций определяется в соответствии с «Методическимирекомендациями по определению допустимых в эксплуатации значений параметровпредельных состояний несущих конструкций жилых зданий» (ОНТИ АКХ, 1977).Для ограждающих конструкций предельные значения устанавливаются экспериментальноили назначается ориентировочно увеличением нормативного значенияна 10-15 % с последующей проверкой принятых значений при испытаниях.

Предельныезначения параметров элементов отделки здания могут определяться экспертнымпутем или сопоставлением стоимости ремонта при различных видах повреждений.

Учетусловий эксплуатации

Полученныеисходные данные для определения срока службы конструкции должны бытьоткорректированы с учетом условий эксплуатации. Для оценки влияния условийэксплуатации применимы экспериментальные и статистические методы. Учет условийэксплуатации при расчетах можно осуществлять с помощью коэффициента условийэксплуатации Кэ. При лабораторных испытаниях определяется влияниекаждого фактора в отдельности.

Рядэксплуатационных факторов не поддается воспроизведению в лабораторных условияхи требует изучения их только на эксплуатируемых зданиях, для чего применяетсястатистический метод определения Кэ.

Приизучении влияния нескольких факторов на состояние конструкции соответствующиекоэффициенты Кэ можно получить,варьируя значения одного фактора от максимума до минимума, оставляя при этомсредние значения всех других факторов.

Например,имея уравнение зависимости состояния конструкции от трех факторов

у = ао + а1х1 +а2х2 + а3х3,                                                     (8)

где у — параметр, характеризующийсостояние конструкции; х1, х2, х3 — факторы,влияющие на состояние конструкции, можно определить Кэ для каждогофактора.

Вобщем виде предлагаемый метод можно представить состоящим из следующих этапов:

1) определение значений x1min и x1max;

2) определение средних значений  и ;

3) подстановка в выражение (1)  и  и решение уравненияпри x1min и x1max, при этом получим соответствующие значенияу1 и у2;

4) коэффициент Кэ по х1определится как

Кэ = у1/у2.                                                                  (9)

Дляоценки влияния факторов на состояние конструкций при одновременном действии несколькихфакторов целесообразно применять многофакторный регрессионный анализ, которыйпозволяет получить зависимость и определить весомость каждого фактора.

Пример2. На основании инструментальных обследований крупнопанельных жилых домов сер.П-49 и П-57 определено влияние ряда факторов на параметр состояния стен,характеризующих наличие протечек.

Требуется определить коэффициенты условийэксплуатации по данным уравнения зависимости состояния стен от ряда факторов. Вкачестве показателя уравнения принят относительный показатель поврежденностистены протечками n/N, где n и N соответственно количество квартир спротечками и общее количество квартир в доме.

Полученоуравнение зависимости состояния стен от изученных факторов:

у = 0,654 + 0,001×1 — 0,374х2+ 0,208×3 + 0,063×4+ 0,035х5 + 0,0001х21 + 0,042×22–

-0,032×23- 0,006×24- 0,013х25 — 5х×10-6×31 -0,001х32 + 0,001х33 +0,0002х34+ 0,001х35, (10)

где x1 — средняяширина шва между панелями (мм); x2- срок эксплуатации здания (годы); x3 — срок эксплуатациистен после их последнего ремонта (годы); x4 — значениеадгезии герметика к граням панелей (кг/см2); x5 — уклонбалконных плит (%).

Из выражения (10),подставляя соответствующие значения факторов, определим максимальные иминимальные значения переменной у. При x1 = 0,001 (min): x2 = 12,18; х3 = 5,08; x4 = 11,86; x5 =7,66, у1min = 1,074. При x1 =35,5 (max) и тех жезначениях (x2 … х5) у1max = 1,11. Тогда

Кэ1=  = 1,03.

Прих1 = 15,7; х2 = 2 (min); x3 = 5,08; х4= 11,86; x5= 7,66 у2min= 0,65. При x1= 15,7; x2= 17 (max);x3= 5,08; x4= 11,86; x5= 7,66 у2max= 2,12. Тогда

Кэ2 =  = 3,26.

Использованиеполученных коэффициентов условий эксплуатации может осуществляться на различныхэтапах прогнозирования сроков службы. Если испытания или натурные наблюденияпроводились при одних условиях эксплуатации, а данные используются дляконструкции, работающей в других условиях, то коэффициент условий эксплуатациивводится в уравнение S1 = f(t) и превращает его вуравнение вида

S1 = Кэf(t).

Можноиспользовать коэффициенты условий эксплуатации для корректировкинепосредственно сроков службы конструкций.

Определениесрока службы эксплуатируемых конструкций

Срокслужбы конструкций эксплуатируемых зданий определяется по данным наблюдений заизменением состояния конструкции в предшествующий период. Если объем выборкиобеспечивает получение достоверных данных, то результаты наблюдений можноиспользовать для оценки срока службы всей совокупности аналогичных конструкций.В некоторых случаях задача сводится к оценке оставшегося срока службы тойконструкции или группы конструкций, за которыми ведется наблюдение.

Использованиеданных об отказах

Приорганизации наблюдений за конструкциями, находящимися в условиях эксплуатации,необходимо предварительно планировать эти наблюдения с целью получениядостаточно точных и достоверных результатов.

Исходныеданные для расчетов, полученные при наблюдениях, организованных в соответствиис требованиями ГОСТ 17510-79, можно использовать для определения срока службыконструкции (или наработки на отказ) с помощью метода максимальногоправдоподобия, на котором основаны рекомендации ГОСТ 17509-72 «Надежностьизделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Методыопределения точечных оценок показателей надежности по результатамнаблюдений».

Прииспользовании данного метода необходимо задаться доверительной вероятностью длядоверительных границ искомого показателя (срока службы, наработки на отказ),определить критерий отказа, а также определить закон распределения значенийпоказателя.

Вразд. IV настоящей работыпоказано определение срока службы рулонной кровли домов сер. П-18 на основеданных, соответствующих одному из стандартных планов наблюдений. Дляопределения сроков службы конструкций можно использовать данные о проведенныхремонтах с целью устранения отказов (протечек, промерзаний и т.п.). Это восновном относится к заменяемым элементам, срок службы которых значительно нижесрока службы всего здания, таким как кровля (рулонная), герметизирующеезаполнение стыковых соединений, отделочные слои конструкций, полы (линолеум) ит.п.

Исходнымиданными для расчетов могут служить результаты лабораторных или натурныхиспытаний группы образцов, при которых фиксируется время наступления отказа. Вэтом случае используется стандартный план наблюдений [NUN], что согласно ГОСТ 17510-79 означаетнаблюдения за Nобъектами до их полного выхода из строя. При этом,отказавшие объекты (образцы) не восстанавливаются и не заменяются новыми.

Дляэкспериментальных данных функция эмпирического распределения отказов имеет вид:

F(ti)= (1/N),                                                          (11)

где N — общее количество элементов (образцов),за которыми ведется наблюдение; n- число элементов, в которых зафиксирован отказ.

Среднеевремя эксплуатации образцов до отказа определяется по формуле

Т = .                                                         (12)

Вероятностьбезотказной работы, которая позволяет обосновать межремонтный срок (tр), можноопределить по формуле

Р(tp) = 1 -F(tp).                                                               (13)

Пример 3. Под наблюдение поставлено 100образцов, окраска которых проведена в одно время. Отказом отделочного слоя условнобудем считать повреждение окраски на площади не менее 20 % площади образца.Требуется определить средний срок службы окрасочного слоя и целесообразныймежремонтный срок для фасада здания исходя из технического состоянияотделочного слоя (без учета экономических факторов).

Порезультатам наблюдений, которые велись в течение 10 лет, получены следующиеданные об отказах:

ti        1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

n(ti)   0   0   1   3   12 22 31 20 9   2

Поформуле (11)вычислим эмпирическую функцию распределения отказов отделочного слоя, которуюзапишем в табличной форме:

ti        1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

F(ti)   0   0   0,01   0,04   0,16   0,38   0,69   0,89   0,98   1

Среднийсрок службы отделочного слоя (лет) определяется по формуле (12):

Т=  =3 ´0,01 + 4(0,04 — 0,01) + 5(0,16 — 0,04) + 6(0,38 — 0,16) + 7(0,69 — 0,38) +8(0,89 — 0,69) + 9(0,98 — 0,89) + 10(1 — 0,98) = 6,67.

Расчетыпоказывает, что окраску данного вида можно рассчитывать на срок службы около 6лет.

Дляопределения периодичности ремонта фасада воспользуемся формулой (13),определив вероятность безотказной работы отделочного слоя в течение трех лет:

Р(3)= 1 — F(3)= 1 — 0,01 = 0,99.

Определивтакие же показатели для t= 4, 5 и 6 лет, получим график (рис. 2), по которому, задавшисьдопустимой вероятностью, можно определить целесообразный межремонтный срок.Принимая вероятность 0,95, что для данной конструкции вполне достаточно,получим межремонтный срок tр= 3,5 г.

Рис.2 К примеру 3

Прогнозированиепо изменению параметра

Дляконструкций, в которых отказы возникают вследствие длительного накопленияповреждений, при наблюдениях фиксируется изменение во времени параметра,определяющего отказ. Для выравнивания эмпирических значений и приведенияфункции любого вида к функции, линейно зависимой от срока эксплуатации(наработки), можно воспользоваться нормированной функцией, определяющейработоспособность элемента (4).

Обработкаданных производится в такой последовательности:

1) определение показателей среднегоизменения параметра S (t) и показателя приработки S, если наблюдения ведутся от началаэксплуатации, по одной из формул:

S (t) =Vc×ta;                                                             (14)

S (t) = а×е Vct — Y илиlna + Vc×t;                                            (15)

S (t) =at/Vc + t или [Y(t)-1] = Vc/а×t;                                       (16)

S (t) = S1 + ,                                                       (17)

показатели: a- для степенной функции; a- для экспоненциальной; коэффициента ai для многочлена n-й степени;

2) проводится преобразование значений — [Si (t) — S1] по формулам для зависимостей:

линейной

L = [Si (t) — S1]°/(Sn — S);                                                     (18)

степенной

S1 = ;                                               (19)

экспоненциальной

L = ln[Si (t)/a]/ln(Sn/a);                                                    (20)

длямногочлена n-ойстепени

Li = ti/Ti,                                                                        (21)

где Vc — показатель скорости(интенсивности) изменения параметра в единицу времени; Vi — то же, для i-го члена многочлена; Si -среднее изменение параметра в интервале времени; S1 — показательизменения параметра в период приработки; Sn — предельноеотклонение параметра без учета приработки; S1n — то же, с учетомприработки; ti- наработка (время эксплуатации) i-гоэлемента; Ti- ресурс (срок службы) i-гоэлемента;

3) для значений Si и ti (где i = 1, 2, … n — число измерений) находят среднееквадратическое отклонение преобразованных значений от теоретических:

s2 = ,                                                    (22)

где n и N2 — общее число наблюдаемыхэлементов и сделанных измерений;

4) средний срок службы определяется поформуле

Тср= [1/n — (e — 1)]×,                                                (23)

где (е — 1) — числоэлементов, находящихся в периоде приработки; tn — время окончанияприработки.

Остаточныйресурс наблюдаемого элемента (оставшийся срок эксплуатации до отказа):

длястепенной функции

tост = ti[(DS/S(t)]1/2- 1],                                                          (24)

где DS = Sпред — Sнорм;

дляостальных функций

tост = ti[(1/S) -1],                                                               (25)

где ti — момент контроляпараметра.

Пример4. Наблюдения за состоянием утеплителя (пенобетона) в панели чердачногоперекрытия показали, что после пяти лет эксплуатации его прочность (кг/см2)составила R= 32. Расчетная прочность Rн= 35, а предельно допустимая для данной конструкции Rпр = 28.

Определитьоставшийся срок службы утеплителя, если известно, что изменение его прочности(кг/см2) можно описать функцией вида S(t) =at0,5:

Находим:

DS = Rпр — Rн = 28 — 35 =-7;

S(t) = R — Rн = 32 — 35 = -3.

Поформуле (24)определим оставшийся срок службы (г):

tост = 5[(7/3)1/0,5- 1] = 21,5.

Прогнозирование по изменению несколькихпараметров

При инструментальных наблюдениях засостоянием эксплуатируемой конструкции можно оценить изменения несколькихпараметров, характеризующих их работоспособность. Учет изменения этихпараметров позволяет наиболее точно оценить предполагаемый срок службыконструкции. Все измеряемые параметры могут быть объединены в одномернуюфункцию, которая определяет характер изменения работоспособности конструкции вовремени. Учет нескольких параметров при оценке изменения состояния конструкцийво времени целесообразен при наблюдениях за несущими конструкциями, при этомследует фиксировать параметры, характеризующие их предельные состояния.

Прогнозированиедолговечности конструкции с использованием обобщенного параметра производитсяследующим образом:

определяютсяотносительные значения первичных параметров по формуле

Si(t) = [Si(t) — Sпред]/(Sн — Sпред),                                                  (26)

где Si(t) — измеренные значения данного параметра,соответствующе наработке t;Sпред- предельно допустимое значения параметра, определяется по рекомендациям,указанным на стр. 14; Sн — нормативноезначение параметра, причем 0 £ Si(t) £ 1, если Si(t) = S, то  = 1, а при Si(t) = Sпред (t)= 0.

Далеепроизводится оценка значимости первичного параметра для оценки состоянияконструкции с помощью весовых коэффициентов, которые характеризуют влияниекаждого параметра на работоспособность конструкции:

Кi = Рi/SPi,                                                               (27)

где Рi — вероятностьнаступления отказа по i-мупараметру.

Условиямиопределения весовых коэффициентов являются следующие:

 = 1 и 0 < Кi < 1.

Этикоэффициенты определяются на основе данных о частоте возникновения отказовконструкции по причине достижения данным параметром своего предельногозначения. Ориентировочные весовые коэффициенты для некоторых конструкцийприведены в табл. 3. Оценку весомости параметров для конкретнойконструкции иллюстрирует пример 5.

Таблица3

Конструкция

Параметр

Весовой коэффициент

Наружныестены однослойные

Прочность

0,004

Ширина трещин

0,024

Плотностьтрещин

0,017

Водопроницаемость

0,85

Сопротивлениетеплопередаче

0,105

Перекрытия изребристых вибропрокатных плит

Прогиб

0,88

Ширинараскрытия трещин

0,07

Плотностьтрещин

0,05

Кровля, крыша

Водопроницаемость

0,9

Коэффициентсопротивления теплопередаче конструкции крыши

0,1

Примечание. Весовые коэффициенты получены порезультатам анализа статистических данных по различным сериям.

Обобщенныйпараметр, определяющий степень работоспособности конструкции по множествуконтролируемых параметров, определяется по формуле

QS(t)° = [(t)]/,                                                     (28)

где Кi — весовыекоэффициенты.

Вкачестве прогнозируемого уравнения принята линейная функция вида

F(m) = Q(tn)+ DQn-4×m,                                                         (29)

где m — шаг прогнозирования.

Расчеториентировочного срока службы для ребристых панелей перекрытия выполнен впримере 5.

Пример 5. Приобследованиях перекрытий из вибропрокатных ребристых плит определялись прогибы S1, ширина раскрытия трещин S2 и плотность трещин S3. Получены кривые распределения значенийизмеренных параметров, которые приведены на рис. 3.

Покаждому параметру определены предельные значения параметров, которыесоответствуют:

S1пр = 0,01l; S2пр = 2 м/м2; S3пр = 2 мм.

Длявычисления весовых коэффициентов по каждому параметру определим вероятностьдостижения каждым параметром предельного значения. При этом воспользуемсяинтегральной функцией:

P(a< x< b) = Ф*[(b — m)/s] — Ф*[(a — m)/s],                                 (30)

Рис.3. Кривые распределения характеристик перекрытий домов:

а — прогибов; б- ширины раскрытия трещин; в — плотности трещин

где m, s -соответственно математическое ожидание и среднее квадратическое отклонениезначений параметра.

Определимвероятность появления значений в интервале от 0 до 0,02l для параметра S1 (прогиб) поформуле (30):

(0 < x < 0,01) = Ф* = Ф* = 0,927.

ЗначенияФ*определяются по таблицам*.

* См. Е.С. Вентцель «Теория вероятностей». М.: Наука,1975.

Вероятностьзначений S1> 0,02lсоставит P1(x1 ³ 0,02l)= 1 — 0,927 = 0,073.

Аналогичноопределяются вероятности превышения значений по двум другим параметрам, которыесоставили:

P2(x2³ 2) = 0,004;

P3(x3³ 2) = 0,006.

Рассматриваяэти три параметра, определяющие отказ плиты перекрытия, определим удельный вескаждого параметра по формуле (22);

К1=  = 0,88;

К2 = 0,05; К3 =0,07.

Длярасчета сроков службы использованы обобщенные данные обследований ребристыхвибропрокатных плит, проводившихся в 1965-1969 гг. НИИЖБ, МНИИТЭП, АКХ иМосжилНИИпроектом.

Данныео наблюдениях за изменением значений параметров ребристых плит приведены втабл. 4.

Таблица 4

Срок эксплуатации t, г

Прогиб S1,мм

Плотность трещин S2,м/м2

Ширина раскрытия трещин, мм

3

15

0,01

0,4

6

18

0,02

0,6

9

21

0,025

0,8

Предельно допустимые значения

60

2

2

Нормативныезначения

20

0,5

1

Проводим преобразования значенийпараметров по формулам (26), (28). Данные расчетов поопределению обобщенного параметра Q приведены в табл. 5.

Таблица5

t

к1

к2

к3

Q

3

1,125

1,326

1,6

0,99

0,067

0,112

1,169

6

1,05

1,32

1,4

0,924

0,066

0,098

1,088

9

0,975

1,31

1,2

0,858

0,065

0,084

1,007

Из прогнозирующего уравнения (24)выразим приращение обобщенного параметра:

DQn-1 = Q(tn) — Q(tn-1)= 1,007 — 1,088 = -0,081.

Тогдапрогнозирующее уравнение принимает вид:

1,007 — 0,081m = 0,

откуда число шагов прогнозирования

m =1,007/0,081 = 12,43

и срок службы (лет)вибропрокатных плит составит

Т = mDt= 12,43 ´ 3 = 37,29.

III.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ОТКЛОНЕНИЯ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ ОТ НОРМАТИВНЫХ

Методырасчетов, приведенные в разд. II,позволяют определить ориентировочные сроки службы эксплуатируемых конструкций иучесть реальные условия их эксплуатации. После определения предполагаемыхфактических сроков службы элементов или конструкций проводится сравнение снормативными и определяются элементы, по которым наблюдается отклонение отнормативных значений.

Изучениепричин отклонения фактических сроков службы от нормативных показывает, что вбольшинстве случаев имеется некоторое «слабое звено», которое и даетснижение срока службы конструкции. Такое «слабое звено» можетпредставлять отдельный узел конструкции или ее участок. Например, срок службытрехслойной панели определяется по наименьшему сроку службы одного из слоев(при условии невозможности его замены), тогда при использовании недолговечногоутеплителя срок службы панели не будет соответствовать требуемому показателю t= 1.

Другойвид «слабого звена» — участок конструкции, где наиболее вероятныотказы, например, отказы кровли в местах примыканий, протечки стеновых панелейу оконных проемов. Такого вида слабые звенья возникают в связи с тем, что режимработы отдельных участков конструкции более тяжелый и к ним предъявляются болеевысокие требования.

Возможени технико-экономический аспект определения «слабого звена». Если срокислужбы всех узлов конструкции примерно одинаковы, то слабым звеном является тотузел, где стоимость устранения отказа максимальная. Если сроки службы узловразличны, то «слабое звено» можно определить как произведениестоимости устранения одного отказа на частоту отказов.

Методыпоиска «слабого звена»

I.Технический аспект

А._По параметру конструкции, превышение которого дает наиболее частые отказы,исходные данные: статистика отказов однотипных объектов с одинаковыми условиямиэксплуатации, сроками службы и сроками ремонта, общее количество отказавшихобъектов N,измеряемые параметры S1,S2,S3.

Номеротказавшего                             Параметр,по причине

объекта                                                 превышениякоторого

произошел отказ

1                                                               S1

2                                                               S2

3                                                               S3

…                                                             …

N                                                              Sn

Определяютсячисло отказавших объектов по причине превышения каждого из трех параметров ns1;ns2;ns3и удельный вес каждого из них

К1 = ns1/N; К2 = ns2/N; К3 = ns3/N

«Слабым звеном» будет тотпараметр, для которого Кмакс. В примере 5 после определения весовыхкоэффициентов можно сделать вывод, что «слабым звеном» ребристых плитявляется их деформативность, так как по прогибу К = 0,88.

Б.По участку конструкции исходные данные: статистические данныепо группе наблюдаемых конструкций, имеющих одинаковые условия эксплуатации,сроки службы, сроки ремонта, общее число отказавших конструкций N, участки, в которых произошел отказ.

Номеротказавшего                                        Номеручастка, в котором

объекта                                                           произошелотказ

1                                                                         I

2                                                                         III

3                                                                         IV

4                                                                         II

…                                                                       …

Определяютсячисло отказов по каждому участку

nI; nII; nIII;    nIV;    …

и удельный вес этихотказов

g1 = nI/N;g2 = nII/N;…

«Слабым звеном» будет тотучасток, для которого gmax. Этот метод использован для расчетов, выполненныхв разд. IV.

II. Экономический аспект

А. По стоимостиустранения отказа исходные данные: объекты имеютодинаковый срок службы, срок последнего ремонта, фиксируются отказы иподсчитывается стоимость их устранения, которые оформляются по следующемуобразцу.

Номеротказавшего объекта

Видотказа, место отказа

Стоимость устранения

«Слабымзвеном» будет тот участок или параметр, отказ по которому влечет за собоймаксимальные затраты.

Б. По стоимостиустранения отказов с учетом их частоты исходные данные: погруппе объектов, имеющих одинаковый срок службы и срок последнего ремонта,фиксируется количество отказов, их вид и определяется стоимость их устраненияпо следующей форме.

Номеротказавшего объекта

Видотказа

Количествоотказов

Стоимостьустранения

одногоотказа

всехотказов

После определения «слабогозвена» конструкции проводятся исследования с целью выявления причинвозникновения повреждений именно этих участков или узлов. Исследования включаютизучение технологии изготовления конструкции, условий ее эксплуатации,проведение лабораторных и натурных экспериментов.

Так,путем исследований было установлено, что повышенная деформативность ребристыхплит появляется в результате следующих причин: изготовление плит измелкопесчаного бетона, обладающего повышенной ползучестью; повреждение плит притранспортировке и монтаже вследствие их недостаточной жесткости (высота ребра -8 см, толщина плиты — 2 см при размерах плит «на комнату»).

Выявлениепричин возникновения повреждений в отдельных участках конструкций позволяетприступить к разработке мероприятий по их устранению.

IV.МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ

Общий подход

Выполненныеисследования и разработанные предложения, изложенные в предыдущих разделахнастоящей работы, являются подготовительным этапом к разработке мероприятий поувеличения сроков службы конструкций. Общий подход по каждой из рассматриваемыхконструкций можно представить в следующем виде:

определениесрока службы конструкции и показателя t (см. разд. II);

сравнениес нормативным показателем tн для даннойгруппы конструкции (см. разд. I);

вслучае t < tнпоиск "слабого звена* и выявление причин его возникновения (см. разд. III);

мероприятияпо устранению «слабого звена» с проверкой результатов (см. разд. IV).

Всвязи с разнообразием причин, вызывающих отклонение сроков службы конструкцийот нормативных, разработка мероприятий по увеличению сроков службы конструкцийдолжна проводиться конкретно для каждого вида конструкций с учетом реальныхусловий их производства и эксплуатации.

Переченьмероприятий, направленных на увеличение сроков службы конструкций полносборныхжилых зданий

I. При проектировании: изменение конструкцииненадежного или недолговечного узла; замена материалов; изменение сеченияэлемента с увеличением расчетной нагрузки (учет физической работы конструкции).

II. При изготовлении: изменениехарактеристик исходного сырья; совершенствование технологии; устранениедефектов изготовления.

III. При транспортировке и хранении:улучшение условий транспортировки; соблюдение правил складирования и режимахранения готовых изделий.

IV. При возведении здания: улучшениетехнологии производства работ на стройплощадке; замена материалов заделки;соблюдение размеров и допусков.

V. При эксплуатации: систематическийконтроль состояния конструкции; комплекс вопросов улучшения качества ремонта;работа с населением по обеспечению сохранности жилищного фонда.

Каждоеиз перечисленных мероприятий может быть расчленено на отдельные конкретныевопросы, решаемые применительно к данному виду конструкции. Использованиепредлагаемого подхода к разработке мероприятий по увеличению срока службыконструкций рассматривается на примере исследования изменения состояния рулонныхкровель жилых домов в процессе эксплуатации.

Примерразработки мероприятий по увеличению срока службы рулонной кровли жилых домов

Длярасчетов использованы данные обследований полносборных жилых зданий,проведенные отделом изысканий института МосжилНИИпроект в 1975 — 1980 гг.Обследования проводились с целью постановки домов на капитальный ремонт пометодике, разработанной в АКХ. Полученные данные позволяют показать веськомплекс расчетов по разработке мероприятий по увеличению срока службы рулонныхкровель на примере жилых домов сер. П-18.

Определениесреднего срока службы рулонной кровли домов сер. П-18

Всоответствии с ГОСТ 17510-79 использован план наблюдений [NUT], т.е. фиксировалось общее количествообследованных кровель N,количество участков с повреждениями (U = d) и срок эксплуатации кровли T.

Прирасчетах приняты следующие допущения. Поскольку каждое повреждение кровли можетпривести к протечке в квартире, а устранение протечки приводит к необходимостиремонта минимум одного помещения, то условно принято, что одно повреждениеприводит к отказу участка кровли над одним помещением (комнатой, кухней ит.п.). Тогда общее количество обследованных кровель будет определятьсяколичеством помещений на этаже (включая холлы-коридоры и лестничную клетку), чтосоставляет 33 помещения в одном доме сер. П-18. При определении срокаэксплуатации кровли, исходя из существующей практики, в расчетах принят не срокслужбы дома к моменту обследования, а срок эксплуатации кровли после еепоследнего ремонта, так как при ремонте кровли в большинстве случаевпроизводится замена покрытия. Данные предыдущих исследований и анализастатистики также указывают на более тесную корреляцию между характеристикамисостояния кровли и сроком эксплуатации после последнего ремонта по сравнению сосроком службы здания к моменту его обследования.

Для получения наиболееоднородных данных из всех обследованных домов выделяем группы с одинаковымсроком эксплуатации после последнего ремонта кровли. Расчет ведем для домов сосроком эксплуатации кровли после ремонта 0,5 — 3 года.

В результате обработки результатов обследований полученыисходные данные для расчетов, которые приведены в табл. 6.

Таблица 6

Срок эксплуатации, г

Количество обследованных помещений(последний этаж), шт.

Количествоповреждений кровли

0,5

66

14

1

66

33

2

99

14

3

132

S = N = 263

43

Расчет проводится в предположении, что наработкана отказ подчиняется нормальному закону распределения. Проводившийся ранеестатистический анализ данных о состоянии кровли в период эксплуатации позволилапроксимировать эмпирические значения нормальным законом распределения.

Среднийсрок службы кровли определим по формуле

 = к + Т,                                                          (31)

где Т — срокнаблюдений; к — коэффициент, определяемый по табл. 3прил. 3 ГОСТ 17510-79;  — точечная оценкасреднеквадратического отклонения.

 = (T — 1/dSti)/{[(N — d)/d]f1(к) — к},                                           (22)

где d — количество дефектов; ti — наработка на отказ i-го элемента; f1(к) — функция, определяемая по табл. 3 прил. 3 упомянутого стандарта в зависимости откоэффициента к.

Длявычислений по приведенным формулам определяем суммарную наработку (табл. 7).

Таблица 7

di

ti

ti2

14

0,5 ´ 14 = 7

0,52´ 14 = 3,5

33

1 ´ 33 = 33

12´ 33 = 33

14

2 ´ 14 = 28

22´ 14 = 112

43

3 ´ 43 = 139

32´ 43 = 387

Sd = 104

Sti = 207

Sti2 = 535,5

По формуле (32)с использованием табл. 3 прил. 3 к ГОСТ17510-79 путем пробных подстановок определяем к = 1,45, f1(к) = 0,15. Подставляя полученные значения в формулу (32), получим

 = 1,04

и средний срок службы(г)

Т = 1,45 ´1,04 + 3 = 4,51.

Доверительныеграницы значений  и  определим поформулам:

нижняяи верхняя границы :

Тн =  — Ub(/)×;                                            (33)

Тв =  + Ub(/)×;                                           (34)

нижняяи верхняя границы :

sн =  — Zp (/)×;                                             (35)

sв =  + Zp (/)×.                                            (36)

В формулах (33) — (36) значения Ub, Zp и  определяются по табл.2 и 3 прил. 3 ГОСТ 17510-79 в зависимости от доверительной вероятности b и коэффициента к.

Принимаяb= 0,90, получаем

Тн = 4,116; sн = 0,74;

Тв= 4,904; sв = 1,33.

Такимобразом, интервал (4,116 — 4,904) с вероятностью 0,9 покрывает истинное значениесреднего срока службы рулонной кровли домов сер. П-18, полученное по даннойвыборке.

Представляетинтерес сравнение полученных значений с результатами обработки статистическихданных по состоянию кровель 85 домов сер. П-18 со сроком эксплуатации 1 — 8лет. Оценки распределения времени возникновения отказов (протечек) для этойвыборки составили Т = 4,22 г. и s = 1,5 г. Этизначения очень близки к точечным оценкам, полученным в настоящем примере (Т =4,5 г. и s = 1,45 г.).

Сравнениефактического срока службы рулонной кровли с нормативным

Врезультате расчетов определено, что средний срок службы рулонной кровли домовсер. П-18 по данной выборке составил 4,5 г. В соответствии с предложениями понормированию сроков службы (см. разд. Iнастоящих рекомендаций) для рулонных кровель показатель t= 0,1, т.е. при сроке службы здания 125 лет срок службы кровли должен быть 12,5г. (по существующим нормам срок службы рулонных кровель 12 лет).

Сравнениеполученных и нормативных значений показывает, что фактический срок службырулонной кровли почти в три раза меньше нормативного. Для определения причинстоль значительного отклонения необходимо было проанализировать данные осостоянии кровли.

Выявлениепричин отклонения фактического срока службы от нормативного
(поиск «слабогозвена»)

Обследованиекровли домов сер. П-18 заключалось в визуальном осмотре всей поверхностикровли, измерении уклонов плоских кровель, а также осмотре помещений последнегоэтажа с целью выявления протечек. При осмотре кровли выявились повреждениякровли: протечки, вздутия и отслоения рулонного ковра, трещины и т.п. Дляфиксации мест повреждений использовалась координатная сетка, которая позволялазафиксировать местоположение дефекта (рис. 4). По оси х отмечалисьрасстояния от середины здания в долях от половины длины здания, т.е. xi = ai/(L/2). Это дало возможность сравниватьданные по домам с различным числом секций.

Рис. 4. Координатная сетка привязкиместоположения дефектов

Собранныеданные позволяют выявить «слабое звено», т.е. участки, имеющиенаибольшие повреждения, в соответствии с предложенным методом (см. разд. III,п. 1, Б).

Врезультате обследований кровель 15 домов сер. П-18 определено количествоповреждений в системе координат по длине и ширине здания (табл. 8).

Таблица8

Интервалы координат x, у

Количество повреждений n

Удельный вес g = n/N

По длине здания

0-0,1

10

0,07

0,11-0,2

5

0,03

0,21-0,3

12

0,09

0,31-0,4

18

0,12

0,41-0,5

21

0,14

0,51-0,6

17

0,12

0,61-0,7

21

0,14

0,71-0,8

21

0,14

0,81-0,9

18

0,12

0,91-1

8

0,06

N = 151

По ширинездания

0-0,1

26

0,18

0,11-0,2

22

0,15

0,21-0,3

21

0,14

0,31-0,4

15

0,1

0,41-0,5

19

0,13

0,51-0,6

11

0,08

0,61-0,7

7

0,05

0,71-0,8

12

0,08

0,81-0,9

11

0,08

0,91-1

0

0

N = 144

Полученные результаты дают возможностьпостроить гистограмму распределения вероятности возникновения повреждений кровлив различных участках кровли по длине и ширине здания (рис. 5, а, б).

Построеныэмпирические зависимости для домов сер. К-7 и П-18 с различными срокамиэксплуатации (рис. 6).

Изграфиков видно, что характер расположения повреждений в кровлях домов сразличными сроками эксплуатации существенно не меняется. В соответствии срасположением воронок и других выступающих элементов на кровле можно определитьнаиболее уязвимые места, где вероятность возникновения повреждений наибольшая.Эти участки отмечены в таблицах, а также на рис. 5. Имеющиеся статистическиеданные позволяют получить аналогичные результаты и по некоторым другим сериям;графики на рис. 7и 8позволяют определить «слабое звено» для кровель домов серии К-7 и1-515.

Рис.5. Гистограммы распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсер. П-18 на участках:

а — по длине здания; б — по ширине здания (сер. К-7); Ä — расположениеворонок водостока

Рис.6. Полигон распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсерий:

а — К-7; б -П-18; 1 — срок эксплуатации после ремонта 1-2 г.; 2 — то же, 3-4 г.; 3 — то же,5, 7, 9 лет; 4 — то же, 0-1 г.; 5 — то же, 2-3 г.; 6 — то же, 4-6 лет

Анализэтих результатов показывает, что вероятность повреждений рулонной кровлинаибольшая в местах примыканий к выступающим элементам и у воронок внутреннихводостоков. Мероприятия по увеличению срока службы кровли должны способствоватьповышению надежности участков примыканий, которые, как показали исследования,являются «слабым звеном» данной конструкции. Пользуясь имеющимисястатистическими данными и предложенными методами, определим изменения срокаслужбы рулонной кровли в связи с проведением мероприятий по устранению»слабого звена*.

Мероприятияпо увеличение сроков службы рулонных кровель домов сер. П-18

Выполненныерасчеты показали, что мероприятия по увеличению сроков службы рулонной кровлидомов серии П-18 должны быть направлены в первую очередь на повышениенадежности участков примыкания рулонного ковра к выступающим элементам иворонкам внутренних водостоков.

Приразработке настоящей методики мы не располагаем статистическими данными посостоянию кровель после ремонта с применением указанных рекомендаций. Дляориентировочной оценки изменения состояния кровли предполагаем, что количествоотказов на участках примыканий рулонного ковра снизится до минимальных значений(см. табл. 8).Определив разность между gmaxи gmin, получим, чтоколичество отказов уменьшится на 80 % [(gmax — gmin)/ gmax = 0,8)].

Рис.7. Полигоны распределения вероятности возникновения повреждений кровли научастках:

а — по длине здания; б — по ширине здания (сер. К-7); Ä — расположениеворонок водостока

Рис.7. Полигоны распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсер. 1-515 на участках:

а — по длинездания; б — по ширине здания; Ä — расположение воронок водостока

Принятоедопущение является весьма условным, и дальнейшие вычисления выполнены только сцелью показать возможный метод оценки эффективности проведения ремонтныхмероприятий. При расчетах воспользуемся одной из характеристик надежности- вероятностью безотказной работы за время t, определяемой по формуле

Р(t)= Ф*[(t- )/,                                               (37)

где  в  — точечные оценкираспределения (математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение); Ф*(x) — интегральная функция, определяемая потабл. 7 приложения 3 ГОСТ 17509-72.

Дляt= 4,5 г., соответствующему среднему сроку службы кровли до ремонта, Р (4,5) =0,5. Срок службы кровли после проведения ремонтных мероприятий определим изпредположения, что вероятность безотказной работы к тому же сроку повысится на80 % и составит Р1 (4,5) = 0,9.

Поформуле (37)

Р1(4,5) =  Ф*[(4,5- )/1,04] = 0,9,

где Ф*[(4,5- )/1,04] = 0,8 определяем как Ф*(x) с учетом изменения знака Ф*(x) = Ф*(-x)  @6 лет.

Расчетыпоказывают, что повышение надежности участков сопряжения кровли повышает среднийсрок службы всей кровли. Данный пример носит методический характер, так как дляполучения количественной оценки эффективности мероприятий необходимо иметьдостоверные статистические данные по отремонтированной конструкции. Дляпредварительных расчетов можно использовать данные лабораторных испытанийотдельных узлов с последующей их проверкой в натурных условиях.

Предложеннаяметодика позволяет обосновать целесообразность проведения конкретныхмероприятий по повышению срока службы отдельных конструкций и на основаниирасчетов назначать наиболее эффективные мероприятия, оказывающие существенноевлияние на повышение надежности и долговечности конструкций зданий.

V.ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Понятие о нормальном сроке службы жилыхзданий

Нормальныйфизический срок службы — это средний период материального изнашивания иамортизации жилого здания как потребительной стоимости, причем средняяпродолжительность сохранения потребительной стоимости может обеспечиватьсяразличными путями и потому различаться численно.

Аналитическинормальный физический срок службы Dн жилого здания (лет)найдем как среднюю арифметическую взвешенную, выведенную из физических сроковслужбы конструкций и систем технических устройств с весами, соответствующими ихстоимости:

Dн= К[]-1,                                                         (38)

где ci — стоимостьконструкций (систем устройств) i-готипа, руб.; di- нормальный физический срок службы конструкций (систем устройств) i-го типа, лет; К — первоначальная(балансовая) стоимость жилого здания, руб.

Втабл. 9приводится пример расчета нормального срока службы жилого здания по физическомуизносу (на 1 м2 общей площади).

Среднегодовойизнос Q,%/год, и Q¢, руб/год, или тусреднюю меру, в которой жилое здание утрачивает свою потребительную стоимость истоимость в функции нормального физического срока службы Dн жилого здания,эксплуатируемого в данных природно-климатических условиях при заданной системетехнического обслуживания и ремонтов, найдем по формулам

Q= 100 Dн-1;                                                                     (39)

Q¢= К Dн-1.                                                                      (40)

Таблица9

Группа элементов здания i

Стоимость ci, руб.

Срок службы (жизни) di, лет

Стоимость годового материальногоизноса

Нормальный физический срок службы Dн,лет

cidi-1

% кпервоначальной стоимости здания

1

110

150

0,72

0,36

2

55

40

1,37

0,69

3

35

20

1,75

0,87

По зданию в целом

200

3,85

1,92

52

Теперь нетрудно записать объективнуюзакономерность материального износа объекта Q(t), %/год, и Q¢1(t), руб/год, в функции нормальногофизического срока службы Dн,лет, и прослуженного срока t,лет, следующими линейными зависимостями:

Q(t) = 100 Dн-1t;                                                                 (41)

Q¢1(t) = К Dн-1t.                                                                  (42)

Такимобразом, нормальный физический срок службы жилого здания есть экономическаякатегория, связанная с оценкой единовременных затрат (первоначальная стоимость)и текущих расходов на ремонты здания. Мерой оценки такого срока службы какэкономической категории становится экономический срок службы жилого здания.

Приближенныйметод определения экономически целесообразного слоя службы жилых зданий

Приближенныйметод определения и прогнозирования экономического срока службы Dэ, лет, жилыхзданий по физическому износу основан на использовании трех параметров, имеющих определяющеезначение для оценки взаимосвязанных свойств долговечности, безотказности иремонтопригодности: стоимости капитального ремонта R, руб., периодичностикапитального ремонта tp, лет, восстановительнойстоимости B, руб. Расчеты экономической эффективности капитальныхвложений в строительстве на основе приведенных затрат излагаются в СН423-71 и СН509-78.

В соответствии слинейной зависимостью (42) между среднегодовым материальным износоми стоимостью затраты Ri, руб., на i-ыйкапитальный ремонт запишем в виде

Ri = tp Bdэ-1, i = 1, 2,…, n,                                                   (43)

откуда

Dэ = tp BRi-1,                                                                 (44)

или

Dэ = tp/Ji,                                                                      (45)

где J = Ri/B — коэффициент илиотносительная мера целесообразности ремонта.

При Rn= 0,5×B затраты на капитальный ремонтбудут равны неамортизированной части здания. Тем самым затраты Rnна последний капитальный ремонт, даже если он будет единственным за весь срокслужбы объекта, не должны превышать половины восстановительной стоимости:

max Rn = 0,5В.                                                               (46)

Поэтому коэффициентцелесообразности ремонта может изменяться до Уmax = 0,5.

Экономическицелесообразные сроки службы Dэ каменного жилого зданиярассчитываются при следующих исходных данных (табл. 10). Стоимость одного капитальногоремонта определена из расчета годовых амортизационных отчислений dri(% от В) и среднего удорожания ремонтных работ li в сравнении со стоимостью аналогичных работ вновом домостроении.

Таблица10

Показатель

Периодичность капитального ремонта tp, лет

15

20

25

30

 

Восстановительнаястоимость жилого здания Bi,тыс. руб.

400

402

404

407

 

Коэффициентудорожания ремонта с увеличением периодичности (tp) qi

1

1,03

1*

1,07

1

1,1

1

 

Стоимостьодного ремонта, тыс. руб.

Ri = dri Bqitpli

72

99

97*

128

120

160

146

 

Коэффициентцелесообразности ремонта

Ji =

0,18

0,246

0,241*

0,317

0,298

0,394

0,358

 

Экономическийсрок службы, лет

Dэ =

84

82

83*

78

84

76

86

 

Числокапитальных ремонтов j =

5

3

2

2

 

Суммарныезатраты на капитальный ремонт за срок службы D, тыс. руб.

RS = …

360

297

256

320

 

То же, % от B

90

74

66

79

 

Удельныесуммарные затраты на капитальный ремонт, руб/г.

r = RS/Dэ

4,3

3,6

3,3

4,2

 

* В знаменателе указаны цифры, соответствующие значению qi = 1.

 

Комбинируя разные уровни восстановительнойстоимости жилых зданий различной капитальности и долговечности, периодичности истоимости ремонтов, можем указанным методом найти приближенные значенияоптимального срока службы жилых зданий по физическому износу. Посмотрим,насколько отвечают этому требованию сроки службы жилых зданий, принятые внормах амортизационных отчислений и рассматриваемые как целесообразные (табл. 11).

Таблица11

Показатель

Здания каменные

особо капитальные

обыкновенные

облегченные

Нормативныйсрок службы, Di,лет

150

125

100

Нормативнаяпериодичность выборочного капитального ремонта tp, лет

6

6

6

Нормативныеамортизационные отчисления на капитальный ремонт B, % от восстановительной стоимости:

 

 

 

годовые dr

1

1,1

1,2

за один межремонтный период продолжительностьюtp

R¢i = drtp

6

6,6

7,2

То же, сучетом влияния возраста здания, К = 1,1-1,08

Ri = кdrtp

6,6

7,2

7,8

Коэффициент целесообразностикапитального ремонта Ji= Ri/B

0,066

0,072

0,078

Экономическицелесообразный срок службы здания, Dэi = tp/ji

91

83

77

 

В среднем80

В среднем85

 

Анализ моделей (43) — (46) и табл.10позволяет сделать следующие выводы:

экономическийсрок службы жилого здания есть величина переменная, которая в зависимости от техническихи экономических характеристик конструкций, систем технических устройств идругих факторов может принять то или иное значение;

припринятых исходных данных экономически целесообразный срок службы Dэ = 78 лет (~80 лет) соответствует периодичности ремонтных работ tp = 25 лет. В этомслучае суммарные и удельные суммарные затраты на капитальный ремонт наименьшиепри практически одинаковой восстановительной стоимости здания.

СОДЕРЖАНИЕ

I. Нормирование сроков службы конструкции. 2

II.Определение сроков службы конструкций по их техническому состоянию.. 3

III.Определение причин отклонения сроков службы конструкций от нормативных. 12

IV.Мероприятия по увеличению сроков службы конструкций. 13

V. Экономические вопросы определения срока службы жилых зданий. 19

 

Услуги по монтажу отопления водоснабжения

ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495)744-67-74

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74, на который можно звонить круглосуточно.

Отопление от ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ Вид: водяное тут > resant.ru/otoplenie-dachi.html

Обратите внимание

Наша компания ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ входит в состав некоммерческой организации АНО МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОЛЛЕГИЯ СУДЕБНЫХ ЭКСПЕРТОВ. Мы так же оказываем услуги по независимой строительной технической эесаертизе.

Принятыев настоящее время нормативные сроки службы каменных зданий определяют их впределах 100 — 150 лет. Основные несущие конструкции зданий имеют срок службы,равный сроку службы здания. Для всех остальных конструкций сроки службыустановлены с учетом их замены в течение периода эксплуатации здания.

Анализдействующих нормативных сроков службы показывает, что все элементы зданий,применяемые в современном полносборном жилищном строительстве, можно разделитьна группы по их срокам службы. В табл. 1 приведены сроки службыэлементов полносборных и каменных зданий и определен относительный показатель

t= tэл/Тзд,

где tэл — нормативныйсрок службы элемента; Тзд- нормативный срок службы здания.

Таблица 1

Элемент

Срок службы по существующим нормам tэл,годы

t = tэл/Тзд

1 группа

Фундаменты

100-150

1

Стены

100-150

1

Перекрытия

100-150

1

Покрытия(совмещенная крыша)

125-150

1

Балконы

100-150

1

Внутренниенесущие стены

100-150

1

Каркас

100-150

1

Лестницы

100

0,7-1

II группа

Перегородки

60-75

0,6-0,5

Оконные ибалконные блоки

40-50

0,4-0,3

Внутренниедвери

50

0,5-0,3

Облицовкафасадов

50

0,5-0,3

Полыпаркетные

50-80

0,5

III группа

Полы из линолеума

20

0,2-0,1

Отделкавнутренняя

3-8

0,02-0,08

IV группа

Отделканаружная (окраска)

5-6

0,06-0,03

Кровлярулонная

12

0,12-0,08

Как можно видеть из табл. 1, впервую группу входят все основные несущие конструкции, срок службы которыхравен сроку службы здания, следовательно, показатель t= 1. В этой группе только по элементам лестниц наблюдается некоторое снижениепоказателя (t = 0,7). Ко второй группе относятся элементы,срок службы которых составляет приблизительно половину срока службы здания (t= 0,3 — 0,6). В третью группу выделены только полы из линолеума (t= 0,2 — 0,1). Четвертую группу составляют отделки конструкций и рулонная кровля(t= 0,08 — 0,12). Эти элементы подлежат 50 раз замене в течение срокаэксплуатации здания.

Втабл. 1можно видеть разброс значений показателя t, что создаетнеопределенность в планировании ремонтов. Например, срок службы лестницопределен 100 лет, тогда для здания со сроком службы 125 — 150 лет необходимозаменить лестницы, при этом новые элементы после замены не исчерпают своегосрока службы. Таким образом, заложенная в нормативах неопределенностьпредполагает необязательность соблюдения установленных нормативов, что напрактике приводит к невозможности четко обеспечить выполнениепланово-предупредительных ремонтов.

Представляетсяцелесообразным установить более четкие нормативные требования к срокам службыэлементов зданий. Здесь имеются два этапа: первый — нормирование требуемыхсроков службы элементов и согласование их со сроком службы здания; второй -уточнение и определение сроков службы различных видов конструкций.

Всоответствии с первым этапом следует четко установить для каждой группыэлементов нормативную кратность сроков их службы и всего здания (показатель t).

Наосновании анализа состояния различных видов эксплуатируемых конструкций можнопредложить следующие нормативы: элементы несущих конструкций здания t= 1; перегородки, столярные изделия, полы паркетные, облицовка фасадов t= 0,5; полы из линолеума t = 0,2; кровля рулонная t= 0,1; отделка внутренняя и наружная (окраска) t = 0,05.

Имеятакие нормативы при проектировании здания заданной категории долговечности,можно подбирать элементы, имеющие соответствующие сроки службы.

Вторымэтапом является определение сроков службы каждого элемента с учетом изменениясостояния во времени. Целью этих исследований является уточнение нормативныхсроков службы различных видов конструкций с учетом эксплуатационныхвоздействий. Зависимость между этими двумя этапами можно проиллюстрироватьследующим примером.

Пустьпроектируется здание со сроком службы 100 лет, в котором можно использовать тритипа перегородок, нормативный срок службы которых составляет: t1 = 25 лет; t1 = 45 лет; t1 = 70 лет.Соответственно показатели отношения t = tэл/Тздсоставят: t1 = 0,25; t2= 0,45; t3 = 0,7.

Согласнопредлагаемой системе нормирования перегородки относятся ко II группе с t = 0,5. Этомутребованию более всего соответствует второй тип (t2= 0,45). Если принять перегородки третьего типа, то после их замены они будутиспользоваться только половину своего срока службы.

Здесьрассматривается случай замены элемента при ремонте на однотипный. Можнопредположить, что на оставшийся срок эксплуатации элемент заменяется менеедолговечным, при этом технико-экономические показатели будут соблюдены, однако,как правило, менее долговечные элементы не отвечают пожарным и иным требованиямк зданию данной категории.

II.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ ПО ИХ ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

Методикаопределения сроков службы конструкций эксплуатируемых зданий основана наисследовании изменения состояния конструкций в процессе эксплуатации,определении законов распределения значений их характеристик, установлениинормативных и предельных значений параметров и прогнозировании изменения этихпараметров с учетом условий эксплуатации.

Сборданных об изменении состояния конструкций во времени

Исходныеданные для прогнозирования сроков службы конструкций могут быть получены двумяпутями: проведением лабораторных испытаний или сбором статистических данных об изменениисостояния конструкций в эксплуатации.

Прилабораторных испытаниях фиксируется изменение одного или нескольких параметровв зависимости от воздействий, Монтаж отоплениярующих процесс эксплуатации. ТакимМонтаж отоплениярованием являются циклы нагружения или замораживания, ускоренныеиспытания при более жестких режимах работы и т.п.

Получениеисходных данных для расчета при лабораторных испытаниях состоит из трех этапов:

1) исходные данные перед испытаниями:количество образцов, методика испытаний, Монтаж испытываемойконструкции;

2) исходные данные при испытаниях: значенияпараметров Si при соответствующих значениях воздействий Рi, Монтаж отоплениярующих условияэксплуатации;

3) обработка результатов испытаний:получение зависимости S = f(p); переход от S = f(p) к S = f(t).

Сборстатистических данных об изменениях состояния конструкций во времени позволяетполучить законы распределения значений параметров, характеризующих ихсостояние, а также обобщить зависимости изменения параметров, которые можноиспользовать в дальнейшем для прогнозирования срока службы аналогичныхконструкций.

Сборданных об эксплуатируемых конструкциях предполагает систематическое проведениеинструментального контроля состояния определенного количества конструкций. Приэтом необходимо руководствоваться ГОСТ 17510-79 «Надежность в технике.Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдения».

Объемвыборки должен обеспечивать получение достоверных результатов. Если цельюнаблюдений является получение обобщённых закономерностей изменения параметров,которые затем будут распространены на все конструкции данного вида (на всюгенеральную совокупность), то необходимо учитывать общее количество элементовили зданий, находящихся в эксплуатации в одинаковых условиях.

Дляслучая нормального распределения значений исследуемых параметров число объектовнаблюдения можно определять по формуле

n = t2V2/e2,                                                                     (1)

где V — коэффициент вариации; t — показатель достоверности; e- показатель точности.

Дляполучения этих параметров необходимо определить среднее арифметическое всехизмеренных значений параметра

М = SSi/n,                                                                    (2)

и среднеквадратическоеотклонение всех значений от средней величины

s = ±,                                                         (3)

где Sх2- сумма квадратов всех отклонений от среднего арифметического.

Коэффициентвариации (%) определяется по формуле

V= ±100s/М.                                                               (4)

Показательточности (средняя ошибка, выраженная в процентах от соответствующего среднегоарифметического) определяется по формуле

e = ±100s/М .                                                          (5)

t зависит от заданной вероятности (табл. 2),характеризующей надежность получаемого результата, которая принимается: Р = 0,95- общая предварительная оценка; Р = 0,99 — достаточный критерий надежности; Р =0,999 — критерий максимальной строгости.

Таблица2

Вероятность результата Р

Показатель t

Вероятность результата Р

Показатель t

0,683

1

0,97

2,17

0,7

1,04

0,98

2,33

0,75

1,15

0,99

2,58

0,8

1,28

0,995

2,8

0,85

1,44

0,997

3

0,9

1,64

0,999

3,29

0,95

1,96

0,9995

3,5

0,955

2

0,9999

4

0,96

2,05

 

 

При небольшом количестве эксплуатируемыхэлементов или зданий объем выборки определяется по формуле

n= t2V2N/(Ne2+ t2V2),                                                  (6)

где N — общее количество эксплуатируемыхконструкций.

Корректировкаобъема выборки проводится по графикам (рис. 1), который построен по формуле

n*= N1n/(N — 1 + n),                                                     (7)

Кривые100, 200, 300, 750, 1000, 2000, 3000, 5000 характеризуют общее число элементов,из которого производится выборка.

Определениенеобходимого количества объектов наблюдения иллюстрируется примером 1.

Пример 1. Определить с точностью e= 5 % и доверительной вероятностью P = 0,95 необходимое количество объектов наблюденияза раскрытием трещин на фасадах домов сер. П-57, если известно, что общееколичество домов этой серии N= 280, коэффициент вариации показателя плотности трещин по предыдущимнаблюдениям принимаем V= 10 %.

Потабл. 1определяем для P= 0,95 tр°= 1,96.

Поформуле (6)находим

n =  = 14,56.

Посколькуобщее количество домов данной серии невелико, проводимкорректировку объема выборки по графикам (см. рис. 1) или формуле (7) n* = 14 (домов).

Рис. 1. Графики для определения откорректированногочисла испытываемых элементов в зависимости от количества элементов в зоне:

А — при N от 20 до 100;б — при N от 300 до 1200

Присборе статистических данных с целью прогнозирования срока службы конструкцийнеобходимо фиксировать следующие показатели:характеристика конструкции (конструктивное решение, материалы, размеры);характеристика условий эксплуатации и режима работы; значения наблюдаемыхпараметров, характеризующих состояние конструкции Si и соответствующий имсрок ее эксплуатации ti.

Получениестатистических данных производится в такой последовательности:

предварительныйэтап — обоснование объема выборки для наблюдений;

наблюдения- фиксация значений параметров Siи соответствующих им сроков эксплуатации; характеристика наблюдаемыхконструкций;

обработкарезультатов — определение зависимости S = f(t)и аппроксимация эмпирической зависимости теоретической кривой.

Определениепараметров, характеризующих состояние конструкции, производится с учетомспецифики работы конструкции в здании, а также на основании предварительныхнаблюдений за аналогичными конструкциями.

Дляопределения сроков службы несущих и ограждающих конструкций при наблюденияхследует фиксировать следующие параметры: срок эксплуатации (наработка), срокпоследнего ремонта, прочность материала, геометрические размеры, ширинараскрытия трещин, плотность трещин (для наружных ограждающих конструкций),деформации (прогиб, отклонение), показатель звукоизоляции, Монтажтеплоизоляции конструкции, наличие протечек, влажность материала, наличиекоррозии закладных деталей.

Принаблюдениях за элементами отделки зданий (окраска, облицовка, полы) и кровлиосновными характеристиками являются следующие: срок эксплуатации послепоследнего ремонта, относительная площадь повреждения — отдельно по каждомувиду повреждения (трещины, вздутия, разрушения и т.д.); характеристикаматериалов (прочность, влажность и др.).

Покаждому из наблюдаемых параметров должны быть определены предельно допустимые (Sпрод) а нормативные(Sн)значения параметров. Нормативные значения параметров принимаются посоответствующим стандартам, СНиП и др. нормативным документам. Предельнодопустимое значение параметра характеризует его предельное состояние, котороедля несущих конструкций определяется в соответствии с «Методическимирекомендациями по определению допустимых в эксплуатации значений параметровпредельных состояний несущих конструкций жилых зданий» (ОНТИ АКХ, 1977).Для ограждающих конструкций предельные значения устанавливаются экспериментальноили назначается ориентировочно увеличением нормативного значенияна 10-15 % с последующей проверкой принятых значений при испытаниях.

Предельныезначения параметров элементов отделки здания могут определяться экспертнымпутем или сопоставлением стоимости ремонта при различных видах повреждений.

Учетусловий эксплуатации

Полученныеисходные данные для определения срока службы конструкции должны бытьоткорректированы с учетом условий эксплуатации. Для оценки влияния условийэксплуатации применимы экспериментальные и статистические методы. Учет условийэксплуатации при расчетах можно осуществлять с помощью коэффициента условийэксплуатации Кэ. При лабораторных испытаниях определяется влияниекаждого фактора в отдельности.

Рядэксплуатационных факторов не поддается воспроизведению в лабораторных условияхи требует изучения их только на эксплуатируемых зданиях, для чего применяетсястатистический метод определения Кэ.

Приизучении влияния нескольких факторов на состояние конструкции соответствующиекоэффициенты Кэ можно получить,варьируя значения одного фактора от максимума до минимума, оставляя при этомсредние значения всех других факторов.

Например,имея уравнение зависимости состояния конструкции от трех факторов

у = ао + а1х1 +а2х2 + а3х3,                                                     (8)

где у — параметр, характеризующийсостояние конструкции; х1, х2, х3 — факторы,влияющие на состояние конструкции, можно определить Кэ для каждогофактора.

Вобщем виде предлагаемый метод можно представить состоящим из следующих этапов:

1) определение значений x1min и x1max;

2) определение средних значений  и ;

3) подстановка в выражение (1)  и  и решение уравненияпри x1min и x1max, при этом получим соответствующие значенияу1 и у2;

4) коэффициент Кэ по х1определится как

Кэ = у1/у2.                                                                  (9)

Дляоценки влияния факторов на состояние конструкций при одновременном действии несколькихфакторов целесообразно применять многофакторный регрессионный анализ, которыйпозволяет получить зависимость и определить весомость каждого фактора.

Пример2. На основании инструментальных обследований крупнопанельных жилых домов сер.П-49 и П-57 определено влияние ряда факторов на параметр состояния стен,характеризующих наличие протечек.

Требуется определить коэффициенты условийэксплуатации по данным уравнения зависимости состояния стен от ряда факторов. Вкачестве показателя уравнения принят относительный показатель поврежденностистены протечками n/N, где n и N соответственно количество квартир спротечками и общее количество квартир в доме.

Полученоуравнение зависимости состояния стен от изученных факторов:

у = 0,654 + 0,001×1 — 0,374х2+ 0,208×3 + 0,063×4+ 0,035х5 + 0,0001х21 + 0,042×22–

-0,032×23- 0,006×24- 0,013х25 — 5х×10-6×31 -0,001х32 + 0,001х33 +0,0002х34+ 0,001х35, (10)

где x1 — средняяширина шва между панелями (мм); x2- срок эксплуатации здания (годы); x3 — срок эксплуатациистен после их последнего ремонта (годы); x4 — значениеадгезии герметика к граням панелей (кг/см2); x5 — уклонбалконных плит (%).

Из выражения (10),подставляя соответствующие значения факторов, определим максимальные иминимальные значения переменной у. При x1 = 0,001 (min): x2 = 12,18; х3 = 5,08; x4 = 11,86; x5 =7,66, у1min = 1,074. При x1 =35,5 (max) и тех жезначениях (x2 … х5) у1max = 1,11. Тогда

Кэ1=  = 1,03.

Прих1 = 15,7; х2 = 2 (min); x3 = 5,08; х4= 11,86; x5= 7,66 у2min= 0,65. При x1= 15,7; x2= 17 (max);x3= 5,08; x4= 11,86; x5= 7,66 у2max= 2,12. Тогда

Кэ2 =  = 3,26.

Использованиеполученных коэффициентов условий эксплуатации может осуществляться на различныхэтапах прогнозирования сроков службы. Если испытания или натурные наблюденияпроводились при одних условиях эксплуатации, а данные используются дляконструкции, работающей в других условиях, то коэффициент условий эксплуатациивводится в уравнение S1 = f(t) и превращает его вуравнение вида

S1 = Кэf(t).

Можноиспользовать коэффициенты условий эксплуатации для корректировкинепосредственно сроков службы конструкций.

Определениесрока службы эксплуатируемых конструкций

Срокслужбы конструкций эксплуатируемых зданий определяется по данным наблюдений заизменением состояния конструкции в предшествующий период. Если объем выборкиобеспечивает получение достоверных данных, то результаты наблюдений можноиспользовать для оценки срока службы всей совокупности аналогичных конструкций.В некоторых случаях задача сводится к оценке оставшегося срока службы тойконструкции или группы конструкций, за которыми ведется наблюдение.

Использованиеданных об отказах

Приорганизации наблюдений за конструкциями, находящимися в условиях эксплуатации,необходимо предварительно планировать эти наблюдения с целью получениядостаточно точных и достоверных результатов.

Исходныеданные для расчетов, полученные при наблюдениях, организованных в соответствиис требованиями ГОСТ 17510-79, можно использовать для определения срока службыконструкции (или наработки на отказ) с помощью метода максимальногоправдоподобия, на котором основаны рекомендации ГОСТ 17509-72 «Надежностьизделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Методыопределения точечных оценок показателей надежности по результатамнаблюдений».

Прииспользовании данного метода необходимо задаться доверительной вероятностью длядоверительных границ искомого показателя (срока службы, наработки на отказ),определить критерий отказа, а также определить закон распределения значенийпоказателя.

Вразд. IV настоящей работыпоказано определение срока службы рулонной кровли домов сер. П-18 на основеданных, соответствующих одному из стандартных планов наблюдений. Дляопределения сроков службы конструкций можно использовать данные о проведенныхремонтах с целью устранения отказов (протечек, промерзаний и т.п.). Это восновном относится к заменяемым элементам, срок службы которых значительно нижесрока службы всего здания, таким как кровля (рулонная), герметизирующеезаполнение стыковых соединений, отделочные слои конструкций, полы (линолеум) ит.п.

Исходнымиданными для расчетов могут служить результаты лабораторных или натурныхиспытаний группы образцов, при которых фиксируется время наступления отказа. Вэтом случае используется стандартный план наблюдений [NUN], что согласно ГОСТ 17510-79 означаетнаблюдения за Nобъектами до их полного выхода из строя. При этом,отказавшие объекты (образцы) не восстанавливаются и не заменяются новыми.

Дляэкспериментальных данных функция эмпирического распределения отказов имеет вид:

F(ti)= (1/N),                                                          (11)

где N — общее количество элементов (образцов),за которыми ведется наблюдение; n- число элементов, в которых зафиксирован отказ.

Среднеевремя эксплуатации образцов до отказа определяется по формуле

Т = .                                                         (12)

Вероятностьбезотказной работы, которая позволяет обосновать межремонтный срок (tр), можноопределить по формуле

Р(tp) = 1 -F(tp).                                                               (13)

Пример 3. Под наблюдение поставлено 100образцов, окраска которых проведена в одно время. Отказом отделочного слоя условнобудем считать повреждение окраски на площади не менее 20 % площади образца.Требуется определить средний срок службы окрасочного слоя и целесообразныймежремонтный срок для фасада здания исходя из технического состоянияотделочного слоя (без учета экономических факторов).

Порезультатам наблюдений, которые велись в течение 10 лет, получены следующиеданные об отказах:

ti        1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

n(ti)   0   0   1   3   12 22 31 20 9   2

Поформуле (11)вычислим эмпирическую функцию распределения отказов отделочного слоя, которуюзапишем в табличной форме:

ti        1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

F(ti)   0   0   0,01   0,04   0,16   0,38   0,69   0,89   0,98   1

Среднийсрок службы отделочного слоя (лет) определяется по формуле (12):

Т=  =3 ´0,01 + 4(0,04 — 0,01) + 5(0,16 — 0,04) + 6(0,38 — 0,16) + 7(0,69 — 0,38) +8(0,89 — 0,69) + 9(0,98 — 0,89) + 10(1 — 0,98) = 6,67.

Расчетыпоказывает, что окраску данного вида можно рассчитывать на срок службы около 6лет.

Дляопределения периодичности ремонта фасада воспользуемся формулой (13),определив вероятность безотказной работы отделочного слоя в течение трех лет:

Р(3)= 1 — F(3)= 1 — 0,01 = 0,99.

Определивтакие же показатели для t= 4, 5 и 6 лет, получим график (рис. 2), по которому, задавшисьдопустимой вероятностью, можно определить целесообразный межремонтный срок.Принимая вероятность 0,95, что для данной конструкции вполне достаточно,получим межремонтный срок tр= 3,5 г.

Рис.2 К примеру 3

Прогнозированиепо изменению параметра

Дляконструкций, в которых отказы возникают вследствие длительного накопленияповреждений, при наблюдениях фиксируется изменение во времени параметра,определяющего отказ. Для выравнивания эмпирических значений и приведенияфункции любого вида к функции, линейно зависимой от срока эксплуатации(наработки), можно воспользоваться нормированной функцией, определяющейработоспособность элемента (4).

Обработкаданных производится в такой последовательности:

1) определение показателей среднегоизменения параметра S (t) и показателя приработки S, если наблюдения ведутся от началаэксплуатации, по одной из формул:

S (t) =Vc×ta;                                                             (14)

S (t) = а×е Vct — Y илиlna + Vc×t;                                            (15)

S (t) =at/Vc + t или [Y(t)-1] = Vc/а×t;                                       (16)

S (t) = S1 + ,                                                       (17)

показатели: a- для степенной функции; a- для экспоненциальной; коэффициента ai для многочлена n-й степени;

2) проводится преобразование значений — [Si (t) — S1] по формулам для зависимостей:

линейной

L = [Si (t) — S1]°/(Sn — S);                                                     (18)

степенной

S1 = ;                                               (19)

экспоненциальной

L = ln[Si (t)/a]/ln(Sn/a);                                                    (20)

длямногочлена n-ойстепени

Li = ti/Ti,                                                                        (21)

где Vc — показатель скорости(интенсивности) изменения параметра в единицу времени; Vi — то же, для i-го члена многочлена; Si -среднее изменение параметра в интервале времени; S1 — показательизменения параметра в период приработки; Sn — предельноеотклонение параметра без учета приработки; S1n — то же, с учетомприработки; ti- наработка (время эксплуатации) i-гоэлемента; Ti- ресурс (срок службы) i-гоэлемента;

3) для значений Si и ti (где i = 1, 2, … n — число измерений) находят среднееквадратическое отклонение преобразованных значений от теоретических:

s2 = ,                                                    (22)

где n и N2 — общее число наблюдаемыхэлементов и сделанных измерений;

4) средний срок службы определяется поформуле

Тср= [1/n — (e — 1)]×,                                                (23)

где (е — 1) — числоэлементов, находящихся в периоде приработки; tn — время окончанияприработки.

Остаточныйресурс наблюдаемого элемента (оставшийся срок эксплуатации до отказа):

длястепенной функции

tост = ti[(DS/S(t)]1/2- 1],                                                          (24)

где DS = Sпред — Sнорм;

дляостальных функций

tост = ti[(1/S) -1],                                                               (25)

где ti — момент контроляпараметра.

Пример4. Наблюдения за состоянием утеплителя (пенобетона) в панели чердачногоперекрытия показали, что после пяти лет эксплуатации его прочность (кг/см2)составила R= 32. Расчетная прочность Rн= 35, а предельно допустимая для данной конструкции Rпр = 28.

Определитьоставшийся срок службы утеплителя, если известно, что изменение его прочности(кг/см2) можно описать функцией вида S(t) =at0,5:

Находим:

DS = Rпр — Rн = 28 — 35 =-7;

S(t) = R — Rн = 32 — 35 = -3.

Поформуле (24)определим оставшийся срок службы (г):

tост = 5[(7/3)1/0,5- 1] = 21,5.

Прогнозирование по изменению несколькихпараметров

При инструментальных наблюдениях засостоянием эксплуатируемой конструкции можно оценить изменения несколькихпараметров, характеризующих их работоспособность. Учет изменения этихпараметров позволяет наиболее точно оценить предполагаемый срок службыконструкции. Все измеряемые параметры могут быть объединены в одномернуюфункцию, которая определяет характер изменения работоспособности конструкции вовремени. Учет нескольких параметров при оценке изменения состояния конструкцийво времени целесообразен при наблюдениях за несущими конструкциями, при этомследует фиксировать параметры, характеризующие их предельные состояния.

Прогнозированиедолговечности конструкции с использованием обобщенного параметра производитсяследующим образом:

определяютсяотносительные значения первичных параметров по формуле

Si(t) = [Si(t) — Sпред]/(Sн — Sпред),                                                  (26)

где Si(t) — измеренные значения данного параметра,соответствующе наработке t;Sпред- предельно допустимое значения параметра, определяется по рекомендациям,указанным на стр. 14; Sн — нормативноезначение параметра, причем 0 £ Si(t) £ 1, если Si(t) = S, то  = 1, а при Si(t) = Sпред (t)= 0.

Далеепроизводится оценка значимости первичного параметра для оценки состоянияконструкции с помощью весовых коэффициентов, которые характеризуют влияниекаждого параметра на работоспособность конструкции:

Кi = Рi/SPi,                                                               (27)

где Рi — вероятностьнаступления отказа по i-мупараметру.

Условиямиопределения весовых коэффициентов являются следующие:

 = 1 и 0 < Кi < 1.

Этикоэффициенты определяются на основе данных о частоте возникновения отказовконструкции по причине достижения данным параметром своего предельногозначения. Ориентировочные весовые коэффициенты для некоторых конструкцийприведены в табл. 3. Оценку весомости параметров для конкретнойконструкции иллюстрирует пример 5.

Таблица3

Конструкция

Параметр

Весовой коэффициент

Наружныестены однослойные

Прочность

0,004

Ширина трещин

0,024

Плотностьтрещин

0,017

Водопроницаемость

0,85

Сопротивлениетеплопередаче

0,105

Перекрытия изребристых вибропрокатных плит

Прогиб

0,88

Ширинараскрытия трещин

0,07

Плотностьтрещин

0,05

Кровля, крыша

Водопроницаемость

0,9

Коэффициентсопротивления теплопередаче конструкции крыши

0,1

Примечание. Весовые коэффициенты получены порезультатам анализа статистических данных по различным сериям.

Обобщенныйпараметр, определяющий степень работоспособности конструкции по множествуконтролируемых параметров, определяется по формуле

QS(t)° = [(t)]/,                                                     (28)

где Кi — весовыекоэффициенты.

Вкачестве прогнозируемого уравнения принята линейная функция вида

F(m) = Q(tn)+ DQn-4×m,                                                         (29)

где m — шаг прогнозирования.

Расчеториентировочного срока службы для ребристых панелей перекрытия выполнен впримере 5.

Пример 5. Приобследованиях перекрытий из вибропрокатных ребристых плит определялись прогибы S1, ширина раскрытия трещин S2 и плотность трещин S3. Получены кривые распределения значенийизмеренных параметров, которые приведены на рис. 3.

Покаждому параметру определены предельные значения параметров, которыесоответствуют:

S1пр = 0,01l; S2пр = 2 м/м2; S3пр = 2 мм.

Длявычисления весовых коэффициентов по каждому параметру определим вероятностьдостижения каждым параметром предельного значения. При этом воспользуемсяинтегральной функцией:

P(a< x< b) = Ф*[(b — m)/s] — Ф*[(a — m)/s],                                 (30)

Рис.3. Кривые распределения характеристик перекрытий домов:

а — прогибов; б- ширины раскрытия трещин; в — плотности трещин

где m, s -соответственно математическое ожидание и среднее квадратическое отклонениезначений параметра.

Определимвероятность появления значений в интервале от 0 до 0,02l для параметра S1 (прогиб) поформуле (30):

(0 < x < 0,01) = Ф* = Ф* = 0,927.

ЗначенияФ*определяются по таблицам*.

* См. Е.С. Вентцель «Теория вероятностей». М.: Наука,1975.

Вероятностьзначений S1> 0,02lсоставит P1(x1 ³ 0,02l)= 1 — 0,927 = 0,073.

Аналогичноопределяются вероятности превышения значений по двум другим параметрам, которыесоставили:

P2(x2³ 2) = 0,004;

P3(x3³ 2) = 0,006.

Рассматриваяэти три параметра, определяющие отказ плиты перекрытия, определим удельный вескаждого параметра по формуле (22);

К1=  = 0,88;

К2 = 0,05; К3 =0,07.

Длярасчета сроков службы использованы обобщенные данные обследований ребристыхвибропрокатных плит, проводившихся в 1965-1969 гг. НИИЖБ, МНИИТЭП, АКХ иМосжилНИИпроектом.

Данныео наблюдениях за изменением значений параметров ребристых плит приведены втабл. 4.

Таблица 4

Срок эксплуатации t, г

Прогиб S1,мм

Плотность трещин S2,м/м2

Ширина раскрытия трещин, мм

3

15

0,01

0,4

6

18

0,02

0,6

9

21

0,025

0,8

Предельно допустимые значения

60

2

2

Нормативныезначения

20

0,5

1

Проводим преобразования значенийпараметров по формулам (26), (28). Данные расчетов поопределению обобщенного параметра Q приведены в табл. 5.

Таблица5

t

к1

к2

к3

Q

3

1,125

1,326

1,6

0,99

0,067

0,112

1,169

6

1,05

1,32

1,4

0,924

0,066

0,098

1,088

9

0,975

1,31

1,2

0,858

0,065

0,084

1,007

Из прогнозирующего уравнения (24)выразим приращение обобщенного параметра:

DQn-1 = Q(tn) — Q(tn-1)= 1,007 — 1,088 = -0,081.

Тогдапрогнозирующее уравнение принимает вид:

1,007 — 0,081m = 0,

откуда число шагов прогнозирования

m =1,007/0,081 = 12,43

и срок службы (лет)вибропрокатных плит составит

Т = mDt= 12,43 ´ 3 = 37,29.

III.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ОТКЛОНЕНИЯ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ ОТ НОРМАТИВНЫХ

Методырасчетов, приведенные в разд. II,позволяют определить ориентировочные сроки службы эксплуатируемых конструкций иучесть реальные условия их эксплуатации. После определения предполагаемыхфактических сроков службы элементов или конструкций проводится сравнение снормативными и определяются элементы, по которым наблюдается отклонение отнормативных значений.

Изучениепричин отклонения фактических сроков службы от нормативных показывает, что вбольшинстве случаев имеется некоторое «слабое звено», которое и даетснижение срока службы конструкции. Такое «слабое звено» можетпредставлять отдельный узел конструкции или ее участок. Например, срок службытрехслойной панели определяется по наименьшему сроку службы одного из слоев(при условии невозможности его замены), тогда при использовании недолговечногоутеплителя срок службы панели не будет соответствовать требуемому показателю t= 1.

Другойвид «слабого звена» — участок конструкции, где наиболее вероятныотказы, например, отказы кровли в местах примыканий, протечки стеновых панелейу оконных проемов. Такого вида слабые звенья возникают в связи с тем, что режимработы отдельных участков конструкции более тяжелый и к ним предъявляются болеевысокие требования.

Возможени технико-экономический аспект определения «слабого звена». Если срокислужбы всех узлов конструкции примерно одинаковы, то слабым звеном является тотузел, где стоимость устранения отказа максимальная. Если сроки службы узловразличны, то «слабое звено» можно определить как произведениестоимости устранения одного отказа на частоту отказов.

Методыпоиска «слабого звена»

I.Технический аспект

А._По параметру конструкции, превышение которого дает наиболее частые отказы,исходные данные: статистика отказов однотипных объектов с одинаковыми условиямиэксплуатации, сроками службы и сроками ремонта, общее количество отказавшихобъектов N,измеряемые параметры S1,S2,S3.

Номеротказавшего                             Параметр,по причине

объекта                                                 превышениякоторого

произошел отказ

1                                                               S1

2                                                               S2

3                                                               S3

…                                                             …

N                                                              Sn

Определяютсячисло отказавших объектов по причине превышения каждого из трех параметров ns1;ns2;ns3и удельный вес каждого из них

К1 = ns1/N; К2 = ns2/N; К3 = ns3/N

«Слабым звеном» будет тотпараметр, для которого Кмакс. В примере 5 после определения весовыхкоэффициентов можно сделать вывод, что «слабым звеном» ребристых плитявляется их деформативность, так как по прогибу К = 0,88.

Б.По участку конструкции исходные данные: статистические данныепо группе наблюдаемых конструкций, имеющих одинаковые условия эксплуатации,сроки службы, сроки ремонта, общее число отказавших конструкций N, участки, в которых произошел отказ.

Номеротказавшего                                        Номеручастка, в котором

объекта                                                           произошелотказ

1                                                                         I

2                                                                         III

3                                                                         IV

4                                                                         II

…                                                                       …

Определяютсячисло отказов по каждому участку

nI; nII; nIII;    nIV;    …

и удельный вес этихотказов

g1 = nI/N;g2 = nII/N;…

«Слабым звеном» будет тотучасток, для которого gmax. Этот метод использован для расчетов, выполненныхв разд. IV.

II. Экономический аспект

А. По стоимостиустранения отказа исходные данные: объекты имеютодинаковый срок службы, срок последнего ремонта, фиксируются отказы иподсчитывается стоимость их устранения, которые оформляются по следующемуобразцу.

Номеротказавшего объекта

Видотказа, место отказа

Стоимость устранения

«Слабымзвеном» будет тот участок или параметр, отказ по которому влечет за собоймаксимальные затраты.

Б. По стоимостиустранения отказов с учетом их частоты исходные данные: погруппе объектов, имеющих одинаковый срок службы и срок последнего ремонта,фиксируется количество отказов, их вид и определяется стоимость их устраненияпо следующей форме.

Номеротказавшего объекта

Видотказа

Количествоотказов

Стоимостьустранения

одногоотказа

всехотказов

После определения «слабогозвена» конструкции проводятся исследования с целью выявления причинвозникновения повреждений именно этих участков или узлов. Исследования включаютизучение технологии изготовления конструкции, условий ее эксплуатации,проведение лабораторных и натурных экспериментов.

Так,путем исследований было установлено, что повышенная деформативность ребристыхплит появляется в результате следующих причин: изготовление плит измелкопесчаного бетона, обладающего повышенной ползучестью; повреждение плит притранспортировке и монтаже вследствие их недостаточной жесткости (высота ребра -8 см, толщина плиты — 2 см при размерах плит «на комнату»).

Выявлениепричин возникновения повреждений в отдельных участках конструкций позволяетприступить к разработке мероприятий по их устранению.

IV.МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ СРОКОВ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ

Общий подход

Выполненныеисследования и разработанные предложения, изложенные в предыдущих разделахнастоящей работы, являются подготовительным этапом к разработке мероприятий поувеличения сроков службы конструкций. Общий подход по каждой из рассматриваемыхконструкций можно представить в следующем виде:

определениесрока службы конструкции и показателя t (см. разд. II);

сравнениес нормативным показателем tн для даннойгруппы конструкции (см. разд. I);

вслучае t < tнпоиск "слабого звена* и выявление причин его возникновения (см. разд. III);

мероприятияпо устранению «слабого звена» с проверкой результатов (см. разд. IV).

Всвязи с разнообразием причин, вызывающих отклонение сроков службы конструкцийот нормативных, разработка мероприятий по увеличению сроков службы конструкцийдолжна проводиться конкретно для каждого вида конструкций с учетом реальныхусловий их производства и эксплуатации.

Переченьмероприятий, направленных на увеличение сроков службы конструкций полносборныхжилых зданий

I. При проектировании: изменение конструкцииненадежного или недолговечного узла; замена материалов; изменение сеченияэлемента с увеличением расчетной нагрузки (учет физической работы конструкции).

II. При изготовлении: изменениехарактеристик исходного сырья; совершенствование технологии; устранениедефектов изготовления.

III. При транспортировке и хранении:улучшение условий транспортировки; соблюдение правил складирования и режимахранения готовых изделий.

IV. При возведении здания: улучшениетехнологии производства работ на стройплощадке; замена материалов заделки;соблюдение размеров и допусков.

V. При эксплуатации: систематическийконтроль состояния конструкции; комплекс вопросов улучшения качества ремонта;работа с населением по обеспечению сохранности жилищного фонда.

Каждоеиз перечисленных мероприятий может быть расчленено на отдельные конкретныевопросы, решаемые применительно к данному виду конструкции. Использованиепредлагаемого подхода к разработке мероприятий по увеличению срока службыконструкций рассматривается на примере исследования изменения состояния рулонныхкровель жилых домов в процессе эксплуатации.

Примерразработки мероприятий по увеличению срока службы рулонной кровли жилых домов

Длярасчетов использованы данные обследований полносборных жилых зданий,проведенные отделом изысканий института МосжилНИИпроект в 1975 — 1980 гг.Обследования проводились с целью постановки домов на капитальный ремонт пометодике, разработанной в АКХ. Полученные данные позволяют показать веськомплекс расчетов по разработке мероприятий по увеличению срока службы рулонныхкровель на примере жилых домов сер. П-18.

Определениесреднего срока службы рулонной кровли домов сер. П-18

Всоответствии с ГОСТ 17510-79 использован план наблюдений [NUT], т.е. фиксировалось общее количествообследованных кровель N,количество участков с повреждениями (U = d) и срок эксплуатации кровли T.

Прирасчетах приняты следующие допущения. Поскольку каждое повреждение кровли можетпривести к протечке в квартире, а устранение протечки приводит к необходимостиремонта минимум одного помещения, то условно принято, что одно повреждениеприводит к отказу участка кровли над одним помещением (комнатой, кухней ит.п.). Тогда общее количество обследованных кровель будет определятьсяколичеством помещений на этаже (включая холлы-коридоры и лестничную клетку), чтосоставляет 33 помещения в одном доме сер. П-18. При определении срокаэксплуатации кровли, исходя из существующей практики, в расчетах принят не срокслужбы дома к моменту обследования, а срок эксплуатации кровли после еепоследнего ремонта, так как при ремонте кровли в большинстве случаевпроизводится замена покрытия. Данные предыдущих исследований и анализастатистики также указывают на более тесную корреляцию между характеристикамисостояния кровли и сроком эксплуатации после последнего ремонта по сравнению сосроком службы здания к моменту его обследования.

Для получения наиболееоднородных данных из всех обследованных домов выделяем группы с одинаковымсроком эксплуатации после последнего ремонта кровли. Расчет ведем для домов сосроком эксплуатации кровли после ремонта 0,5 — 3 года.

В результате обработки результатов обследований полученыисходные данные для расчетов, которые приведены в табл. 6.

Таблица 6

Срок эксплуатации, г

Количество обследованных помещений(последний этаж), шт.

Количествоповреждений кровли

0,5

66

14

1

66

33

2

99

14

3

132

S = N = 263

43

Расчет проводится в предположении, что наработкана отказ подчиняется нормальному закону распределения. Проводившийся ранеестатистический анализ данных о состоянии кровли в период эксплуатации позволилапроксимировать эмпирические значения нормальным законом распределения.

Среднийсрок службы кровли определим по формуле

 = к + Т,                                                          (31)

где Т — срокнаблюдений; к — коэффициент, определяемый по табл. 3прил. 3 ГОСТ 17510-79;  — точечная оценкасреднеквадратического отклонения.

 = (T — 1/dSti)/{[(N — d)/d]f1(к) — к},                                           (22)

где d — количество дефектов; ti — наработка на отказ i-го элемента; f1(к) — функция, определяемая по табл. 3 прил. 3 упомянутого стандарта в зависимости откоэффициента к.

Длявычислений по приведенным формулам определяем суммарную наработку (табл. 7).

Таблица 7

di

ti

ti2

14

0,5 ´ 14 = 7

0,52´ 14 = 3,5

33

1 ´ 33 = 33

12´ 33 = 33

14

2 ´ 14 = 28

22´ 14 = 112

43

3 ´ 43 = 139

32´ 43 = 387

Sd = 104

Sti = 207

Sti2 = 535,5

По формуле (32)с использованием табл. 3 прил. 3 к ГОСТ17510-79 путем пробных подстановок определяем к = 1,45, f1(к) = 0,15. Подставляя полученные значения в формулу (32), получим

 = 1,04

и средний срок службы(г)

Т = 1,45 ´1,04 + 3 = 4,51.

Доверительныеграницы значений  и  определим поформулам:

нижняяи верхняя границы :

Тн =  — Ub(/)×;                                            (33)

Тв =  + Ub(/)×;                                           (34)

нижняяи верхняя границы :

sн =  — Zp (/)×;                                             (35)

sв =  + Zp (/)×.                                            (36)

В формулах (33) — (36) значения Ub, Zp и  определяются по табл.2 и 3 прил. 3 ГОСТ 17510-79 в зависимости от доверительной вероятности b и коэффициента к.

Принимаяb= 0,90, получаем

Тн = 4,116; sн = 0,74;

Тв= 4,904; sв = 1,33.

Такимобразом, интервал (4,116 — 4,904) с вероятностью 0,9 покрывает истинное значениесреднего срока службы рулонной кровли домов сер. П-18, полученное по даннойвыборке.

Представляетинтерес сравнение полученных значений с результатами обработки статистическихданных по состоянию кровель 85 домов сер. П-18 со сроком эксплуатации 1 — 8лет. Оценки распределения времени возникновения отказов (протечек) для этойвыборки составили Т = 4,22 г. и s = 1,5 г. Этизначения очень близки к точечным оценкам, полученным в настоящем примере (Т =4,5 г. и s = 1,45 г.).

Сравнениефактического срока службы рулонной кровли с нормативным

Врезультате расчетов определено, что средний срок службы рулонной кровли домовсер. П-18 по данной выборке составил 4,5 г. В соответствии с предложениями понормированию сроков службы (см. разд. Iнастоящих рекомендаций) для рулонных кровель показатель t= 0,1, т.е. при сроке службы здания 125 лет срок службы кровли должен быть 12,5г. (по существующим нормам срок службы рулонных кровель 12 лет).

Сравнениеполученных и нормативных значений показывает, что фактический срок службырулонной кровли почти в три раза меньше нормативного. Для определения причинстоль значительного отклонения необходимо было проанализировать данные осостоянии кровли.

Выявлениепричин отклонения фактического срока службы от нормативного
(поиск «слабогозвена»)

Обследованиекровли домов сер. П-18 заключалось в визуальном осмотре всей поверхностикровли, измерении уклонов плоских кровель, а также осмотре помещений последнегоэтажа с целью выявления протечек. При осмотре кровли выявились повреждениякровли: протечки, вздутия и отслоения рулонного ковра, трещины и т.п. Дляфиксации мест повреждений использовалась координатная сетка, которая позволялазафиксировать местоположение дефекта (рис. 4). По оси х отмечалисьрасстояния от середины здания в долях от половины длины здания, т.е. xi = ai/(L/2). Это дало возможность сравниватьданные по домам с различным числом секций.

Рис. 4. Координатная сетка привязкиместоположения дефектов

Собранныеданные позволяют выявить «слабое звено», т.е. участки, имеющиенаибольшие повреждения, в соответствии с предложенным методом (см. разд. III,п. 1, Б).

Врезультате обследований кровель 15 домов сер. П-18 определено количествоповреждений в системе координат по длине и ширине здания (табл. 8).

Таблица8

Интервалы координат x, у

Количество повреждений n

Удельный вес g = n/N

По длине здания

0-0,1

10

0,07

0,11-0,2

5

0,03

0,21-0,3

12

0,09

0,31-0,4

18

0,12

0,41-0,5

21

0,14

0,51-0,6

17

0,12

0,61-0,7

21

0,14

0,71-0,8

21

0,14

0,81-0,9

18

0,12

0,91-1

8

0,06

N = 151

По ширинездания

0-0,1

26

0,18

0,11-0,2

22

0,15

0,21-0,3

21

0,14

0,31-0,4

15

0,1

0,41-0,5

19

0,13

0,51-0,6

11

0,08

0,61-0,7

7

0,05

0,71-0,8

12

0,08

0,81-0,9

11

0,08

0,91-1

0

0

N = 144

Полученные результаты дают возможностьпостроить гистограмму распределения вероятности возникновения повреждений кровлив различных участках кровли по длине и ширине здания (рис. 5, а, б).

Построеныэмпирические зависимости для домов сер. К-7 и П-18 с различными срокамиэксплуатации (рис. 6).

Изграфиков видно, что характер расположения повреждений в кровлях домов сразличными сроками эксплуатации существенно не меняется. В соответствии срасположением воронок и других выступающих элементов на кровле можно определитьнаиболее уязвимые места, где вероятность возникновения повреждений наибольшая.Эти участки отмечены в таблицах, а также на рис. 5. Имеющиеся статистическиеданные позволяют получить аналогичные результаты и по некоторым другим сериям;графики на рис. 7и 8позволяют определить «слабое звено» для кровель домов серии К-7 и1-515.

Рис.5. Гистограммы распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсер. П-18 на участках:

а — по длине здания; б — по ширине здания (сер. К-7); Ä — расположениеворонок водостока

Рис.6. Полигон распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсерий:

а — К-7; б -П-18; 1 — срок эксплуатации после ремонта 1-2 г.; 2 — то же, 3-4 г.; 3 — то же,5, 7, 9 лет; 4 — то же, 0-1 г.; 5 — то же, 2-3 г.; 6 — то же, 4-6 лет

Анализэтих результатов показывает, что вероятность повреждений рулонной кровлинаибольшая в местах примыканий к выступающим элементам и у воронок внутреннихводостоков. Мероприятия по увеличению срока службы кровли должны способствоватьповышению надежности участков примыканий, которые, как показали исследования,являются «слабым звеном» данной конструкции. Пользуясь имеющимисястатистическими данными и предложенными методами, определим изменения срокаслужбы рулонной кровли в связи с проведением мероприятий по устранению»слабого звена*.

Мероприятияпо увеличение сроков службы рулонных кровель домов сер. П-18

Выполненныерасчеты показали, что мероприятия по увеличению сроков службы рулонной кровлидомов серии П-18 должны быть направлены в первую очередь на повышениенадежности участков примыкания рулонного ковра к выступающим элементам иворонкам внутренних водостоков.

Приразработке настоящей методики мы не располагаем статистическими данными посостоянию кровель после ремонта с применением указанных рекомендаций. Дляориентировочной оценки изменения состояния кровли предполагаем, что количествоотказов на участках примыканий рулонного ковра снизится до минимальных значений(см. табл. 8).Определив разность между gmaxи gmin, получим, чтоколичество отказов уменьшится на 80 % [(gmax — gmin)/ gmax = 0,8)].

Рис.7. Полигоны распределения вероятности возникновения повреждений кровли научастках:

а — по длине здания; б — по ширине здания (сер. К-7); Ä — расположениеворонок водостока

Рис.7. Полигоны распределения вероятности возникновения повреждений кровли домовсер. 1-515 на участках:

а — по длинездания; б — по ширине здания; Ä — расположение воронок водостока

Принятоедопущение является весьма условным, и дальнейшие вычисления выполнены только сцелью показать возможный метод оценки эффективности проведения ремонтныхмероприятий. При расчетах воспользуемся одной из характеристик надежности- вероятностью безотказной работы за время t, определяемой по формуле

Р(t)= Ф*[(t- )/,                                               (37)

где  в  — точечные оценкираспределения (математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение); Ф*(x) — интегральная функция, определяемая потабл. 7 приложения 3 ГОСТ 17509-72.

Дляt= 4,5 г., соответствующему среднему сроку службы кровли до ремонта, Р (4,5) =0,5. Срок службы кровли после проведения ремонтных мероприятий определим изпредположения, что вероятность безотказной работы к тому же сроку повысится на80 % и составит Р1 (4,5) = 0,9.

Поформуле (37)

Р1(4,5) =  Ф*[(4,5- )/1,04] = 0,9,

где Ф*[(4,5- )/1,04] = 0,8 определяем как Ф*(x) с учетом изменения знака Ф*(x) = Ф*(-x)  @6 лет.

Расчетыпоказывают, что повышение надежности участков сопряжения кровли повышает среднийсрок службы всей кровли. Данный пример носит методический характер, так как дляполучения количественной оценки эффективности мероприятий необходимо иметьдостоверные статистические данные по отремонтированной конструкции. Дляпредварительных расчетов можно использовать данные лабораторных испытанийотдельных узлов с последующей их проверкой в натурных условиях.

Предложеннаяметодика позволяет обосновать целесообразность проведения конкретныхмероприятий по повышению срока службы отдельных конструкций и на основаниирасчетов назначать наиболее эффективные мероприятия, оказывающие существенноевлияние на повышение надежности и долговечности конструкций зданий.

V.ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Понятие о нормальном сроке службы жилыхзданий

Нормальныйфизический срок службы — это средний период материального изнашивания иамортизации жилого здания как потребительной стоимости, причем средняяпродолжительность сохранения потребительной стоимости может обеспечиватьсяразличными путями и потому различаться численно.

Аналитическинормальный физический срок службы Dн жилого здания (лет)найдем как среднюю арифметическую взвешенную, выведенную из физических сроковслужбы конструкций и систем технических устройств с весами, соответствующими ихстоимости:

Dн= К[]-1,                                                         (38)

где ci — стоимостьконструкций (систем устройств) i-готипа, руб.; di- нормальный физический срок службы конструкций (систем устройств) i-го типа, лет; К — первоначальная(балансовая) стоимость жилого здания, руб.

Втабл. 9приводится пример расчета нормального срока службы жилого здания по физическомуизносу (на 1 м2 общей площади).

Среднегодовойизнос Q,%/год, и Q¢, руб/год, или тусреднюю меру, в которой жилое здание утрачивает свою потребительную стоимость истоимость в функции нормального физического срока службы Dн жилого здания,эксплуатируемого в данных природно-климатических условиях при заданной системетехнического обслуживания и ремонтов, найдем по формулам

Q= 100 Dн-1;                                                                     (39)

Q¢= К Dн-1.                                                                      (40)

Таблица9

Группа элементов здания i

Стоимость ci, руб.

Срок службы (жизни) di, лет

Стоимость годового материальногоизноса

Нормальный физический срок службы Dн,лет

cidi-1

% кпервоначальной стоимости здания

1

110

150

0,72

0,36

2

55

40

1,37

0,69

3

35

20

1,75

0,87

По зданию в целом

200

3,85

1,92

52

Теперь нетрудно записать объективнуюзакономерность материального износа объекта Q(t), %/год, и Q¢1(t), руб/год, в функции нормальногофизического срока службы Dн,лет, и прослуженного срока t,лет, следующими линейными зависимостями:

Q(t) = 100 Dн-1t;                                                                 (41)

Q¢1(t) = К Dн-1t.                                                                  (42)

Такимобразом, нормальный физический срок службы жилого здания есть экономическаякатегория, связанная с оценкой единовременных затрат (первоначальная стоимость)и текущих расходов на ремонты здания. Мерой оценки такого срока службы какэкономической категории становится экономический срок службы жилого здания.

Приближенныйметод определения экономически целесообразного слоя службы жилых зданий

Приближенныйметод определения и прогнозирования экономического срока службы Dэ, лет, жилыхзданий по физическому износу основан на использовании трех параметров, имеющих определяющеезначение для оценки взаимосвязанных свойств долговечности, безотказности иремонтопригодности: стоимости капитального ремонта R, руб., периодичностикапитального ремонта tp, лет, восстановительнойстоимости B, руб. Расчеты экономической эффективности капитальныхвложений в строительстве на основе приведенных затрат излагаются в СН423-71 и СН509-78.

В соответствии слинейной зависимостью (42) между среднегодовым материальным износоми стоимостью затраты Ri, руб., на i-ыйкапитальный ремонт запишем в виде

Ri = tp Bdэ-1, i = 1, 2,…, n,                                                   (43)

откуда

Dэ = tp BRi-1,                                                                 (44)

или

Dэ = tp/Ji,                                                                      (45)

где J = Ri/B — коэффициент илиотносительная мера целесообразности ремонта.

При Rn= 0,5×B затраты на капитальный ремонтбудут равны неамортизированной части здания. Тем самым затраты Rnна последний капитальный ремонт, даже если он будет единственным за весь срокслужбы объекта, не должны превышать половины восстановительной стоимости:

max Rn = 0,5В.                                                               (46)

Поэтому коэффициентцелесообразности ремонта может изменяться до Уmax = 0,5.

Экономическицелесообразные сроки службы Dэ каменного жилого зданиярассчитываются при следующих исходных данных (табл. 10). Стоимость одного капитальногоремонта определена из расчета годовых амортизационных отчислений dri(% от В) и среднего удорожания ремонтных работ li в сравнении со стоимостью аналогичных работ вновом домостроении.

Таблица10

Показатель

Периодичность капитального ремонта tp, лет

15

20

25

30

 

Восстановительнаястоимость жилого здания Bi,тыс. руб.

400

402

404

407

 

Коэффициентудорожания ремонта с увеличением периодичности (tp) qi

1

1,03

1*

1,07

1

1,1

1

 

Стоимостьодного ремонта, тыс. руб.

Ri = dri Bqitpli

72

99

97*

128

120

160

146

 

Коэффициентцелесообразности ремонта

Ji =

0,18

0,246

0,241*

0,317

0,298

0,394

0,358

 

Экономическийсрок службы, лет

Dэ =

84

82

83*

78

84

76

86

 

Числокапитальных ремонтов j =

5

3

2

2

 

Суммарныезатраты на капитальный ремонт за срок службы D, тыс. руб.

RS = …

360

297

256

320

 

То же, % от B

90

74

66

79

 

Удельныесуммарные затраты на капитальный ремонт, руб/г.

r = RS/Dэ

4,3

3,6

3,3

4,2

 

* В знаменателе указаны цифры, соответствующие значению qi = 1.

 

Комбинируя разные уровни восстановительнойстоимости жилых зданий различной капитальности и долговечности, периодичности истоимости ремонтов, можем указанным методом найти приближенные значенияоптимального срока службы жилых зданий по физическому износу. Посмотрим,насколько отвечают этому требованию сроки службы жилых зданий, принятые внормах амортизационных отчислений и рассматриваемые как целесообразные (табл. 11).

Таблица11

Показатель

Здания каменные

особо капитальные

обыкновенные

облегченные

Нормативныйсрок службы, Di,лет

150

125

100

Нормативнаяпериодичность выборочного капитального ремонта tp, лет

6

6

6

Нормативныеамортизационные отчисления на капитальный ремонт B, % от восстановительной стоимости:

 

 

 

годовые dr

1

1,1

1,2

за один межремонтный период продолжительностьюtp

R¢i = drtp

6

6,6

7,2

То же, сучетом влияния возраста здания, К = 1,1-1,08

Ri = кdrtp

6,6

7,2

7,8

Коэффициент целесообразностикапитального ремонта Ji= Ri/B

0,066

0,072

0,078

Экономическицелесообразный срок службы здания, Dэi = tp/ji

91

83

77

 

В среднем80

В среднем85

 

Анализ моделей (43) — (46) и табл.10позволяет сделать следующие выводы:

экономическийсрок службы жилого здания есть величина переменная, которая в зависимости от техническихи экономических характеристик конструкций, систем технических устройств идругих факторов может принять то или иное значение;

припринятых исходных данных экономически целесообразный срок службы Dэ = 78 лет (~80 лет) соответствует периодичности ремонтных работ tp = 25 лет. В этомслучае суммарные и удельные суммарные затраты на капитальный ремонт наименьшиепри практически одинаковой восстановительной стоимости здания.

СОДЕРЖАНИЕ

I. Нормирование сроков службы конструкции. 2

II.Определение сроков службы конструкций по их техническому состоянию.. 3

III.Определение причин отклонения сроков службы конструкций от нормативных. 12

IV.Мероприятия по увеличению сроков службы конструкций. 13

V. Экономические вопросы определения срока службы жилых зданий. 19

 

Услуги по монтажу отопления водоснабжения

ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495)744-67-74

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74, на который можно звонить круглосуточно.

Отопление от ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ Вид: водяное тут > resant.ru/otoplenie-dachi.html

Обратите внимание

Наша компания ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ входит в состав некоммерческой организации АНО МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОЛЛЕГИЯ СУДЕБНЫХ ЭКСПЕРТОВ. Мы так же оказываем услуги по независимой строительной технической эесаертизе.

Популярные материалы компании

Установка газона

21 ноября 2019 года

Еще совсем недавно люди стремились покинуть лоно природы ради возможности жить в ...

Подробнее

Санитарная обрезка

21 ноября 2019 года

Уход за многолетними растениями Чтобы иметь возможность наслаждаться и гордится своим домом, ...

Подробнее

Отопление дома – какие бывают системы обогрева и схемы разводки

21 ноября 2019 года

Отопление дома – какие бывают системы обогрева и схемы разводки В стремление ...

Подробнее

Топочная на высокоэффективном конденсационном котле BUDERUS GB112 60 кВт(Германия), с погодозависимой автоматикой управления

21 ноября 2019 года

Топочная на высокоэффективном конденсационном котле с литым кремний — алюминиевым теплообменником BUDERUS ...

Подробнее

Продажа газона

21 ноября 2019 года

Продажа газона Современные технологии позволяют оборудовать жизненное пространство по своему усмотрению в ...

Подробнее

Устройство газона

21 ноября 2019 года

Устройство газона Газон — местность, покрытая засеянными, аккуратно скошенными травами. Благодаря постоянному ...

Подробнее

Отопление газом частного дома

21 ноября 2019 года

Отопление водоснабжение котельная: Газовое отопление дома Газовое отопление загородного дома Газовое отопление ...

Подробнее
© 2020 - Все права защищены!
Яндекс.Метрика