Отказы ограждающих и несущих конструкций

Отказы отдельных ограждающих конструкций и технических устройств обычно являются частичными отказами. Не приводя к прекращению функционирования объекта в целом, они снижают качество функционирования и выходной эффект объекта. Такая адаптация жилого здания к комплексу внешних условий возникает благодаря наличию определенной избыточности — некоторому запасу технических характеристик, минимально необходимых для выполнения заданных функций. Это связано с тем, что обеспечение локальных требований прочности и жесткости звукои теплозащиты, пожарной безопасности и т. д. сопровождается возникновением обратных связей, определенным «перекрытием» отдельных функций конструкций и систем. В результате объективно возникают различные виды резервирования — нагрузочное, структурное, функциональное и временное.

Согласно действующим нормам событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом; таким образом, под отказом понимают прекращение выполнения конструкциями заданных функций, а эти функции определяются с соответствующими допусками. При назначении нормативной надежности несущих и ограждающих конструкций под отказом понимают техническое состояние элемента, предшествующее исчерпанию несущей способности или полной потери ограждающих функций.

Отказы можно классифицировать:

• 1) в зависимости от причин возникновения: внутренние, вызванные недостатком конструкций; из-за внешних причин (изменение схем работы и нагрузки и т. п.);
• 2) в зависимости от скорости их проявления: последовательные постепенные; внезапные;
• 3) в зависимости от диапазона отказов: частичные, связанные с отклонением характеристик от допускаемых пределов и не вызывающие полной утраты работоспособности; полные;
• 4) по сочетанию предыдущих концепций: каталептические — внезапные и полные; с постепенным ухудшением параметров и характеристик;
• 5) в зависимости от последствий: незначительные, не приводящие к ухудшению эксплуатационных характеристик, значительные, критические, приводящие к полному прекращению выполнения функций и появлению большого риска;
• 6) в зависимости от срока эксплуатации: преждевременные (часто до монтажа); случайные; износовые.

Последовательные постепенные отказы являются функцией времени, обусловленные главным образом старением материалов, накоплением внутренних напряжений и т. д. Внезапные отказы вызываются такими изменениями параметров элемента, при которых его следует считать неработоспособным. Такие отказы появляются при перераспределении и суммировании в узлах нагрузок, действия дополнительных внешних нагрузок, их неучтенных сочетаний.

При расчете систем с учетом этих двух видов отказов ориентируются на следующие положения:

• 1) постепенные отказы можно исключить, если учесть все возможные изменения характеристик и параметров во времени;
• 2) внезапные отказы случайны, их нельзя полностью исключить или предсказать;
• 3) постепенные и внезапные отказы взаимосвязаны и не являются независимыми.

Из последнего вытекает принцип возможного резервирования, широко применяемый в точном приборостроении.

В практике обследования и экспертизы жилых зданий используются следующие основные понятия и термины.

Авария — обрушение, повреждение здания, сооружения в целом, его части или отдельного конструктивного элемента, а также превышение ими предельно допустимых деформаций, угрожающих безопасному ведению работ и повлекших приостановку строительства (эксплуатации) объекта или его части.

В понятие аварии входят также обрушения и повреждения зданий и сооружений, произошедшие в результате природно-климатических воздействий (землетрясения, ветрового напора, снеговой нагрузки и т. д.), интенсивность которых не превышала расчетные значения.

Ветхость — установленная оценка технического состояния здания (элемента), соответствующая его физическому износу 60—80%. Общие признаки ветхости определяются как возможность ограниченного выполнения элементами и системами своих функций лишь при проведении охранных мероприятий или после полной замены элементов и систем.

Дефект — каждое отдельное несоответствие строительной конструкции, инженерного оборудования или их элементов и деталей требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Термин «дефект» применяется при контроле качества строительной продукции на стадии ее изготовления, монтажа, а также при ремонте строительных конструкций и систем инженерного оборудования (например, при составлении ведомостей дефектов и при контроле качества отремонтированных зданий).

Если рассматриваемая единица строительной продукции имеет дефект, то это означает, что, по меньшей мере, один из показателей ее качества или параметров вышел за пределы допускаемых нормативно-технической документацией отклонений или н" выполняется одно из требований этой документации. технический допуск надежность конструкция Деформация — изменения формы и размеров конструкции, изменение устойчивости (осадка, сдвиг, крен и др.); трещины; деструкция материала конструкции (гниль, коррозия); повышенная* проницаемость среды (жидкостей и газов).

Неисправность — состояние строительной конструкции, инженерного оборудования или их элементов, при котором они нс соответствуют хотя бы одному из требований, установленные нормами. Находясь в неисправном состоянии, строительные конструкции могут иметь один или несколько дефектов.

Повреждение — состояние, заключающееся в нарушении исправности строительной конструкции или ее части вследствие влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации на конструкцию.

Техническое состояние — совокупность свойств здания или его элемента, подверженная изменению в процессе строительства, ремонта или эксплуатации, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на это здание или его элемент.

Признаками технического состояния могут быть качественные и (или) количественные характеристики его свойств: значения показателя надежности иле диагностического параметра. Основными параметрами для контроля технического состояния здания являются: общая и местная прочность конструкций; пространственная жесткость здания, общая и местные деформации; влагонасыщение элементов конструкций; теплотехнические характеристики ограждающих конструкций; тепловой режим; коррозия металлических конструкций; воздухои влагопроницаемость строительных конструкций у сопряжений; режимы работы санитарно-технических, электротехнических и других систем инженерного оборудования; загазованность и освещенность помещений и др. Фактические значение качественных и количественных характеристик определяют техническое состояние здания.

В отличие от простых систем, где имеются только два возможных состояния — нормальное эксплуатационное и отказ, в зданиях большая часть конструкций и элементов может иметь несколько состояний, соответствующих частичным отказам и неисправностям. В связи с этим иногда отказы классифицируют: частичный отказ узла или элемента, восстановление или усиление которого приводит к полному восстановлению надежности сооружений; отказы наиболее ответственных элементов сооружении (оснований, фундаментов, колонн, ригелей и т. п.), приводящие к полному отказу всего сооружения. Отказы второй группы могут быть внезапными. Усиление этих элементов нередко связано с большими объемами выполняемых работ.

Таким образом, характеристики отказов должны отражать различные формы (категории) несущей способности здания или его частей. Допустимую вероятность отказа следует определять в зависимости от тяжести последствий. Обычно легче сконструировать изделие для мягких (благополучных) условий работы, чем для жестких (предельных).

Специфика зданий как изделия состоит в невозможности создания облегченных условий для работы дома в целом, хотя для отдельных узлов и элементов такая возможность имеется; в трудности (или невозможности для некоторых элементов) использования резервирования. В составных конструкциях отказ отдельного элемента может привести к отказу всей конструкции, хотя остальные элементы продолжают нормально функционировать. Например, увлажнение утеплителя трехслойных стеновых панелей приводит к отсыреванию стен, нарушению температурного режима помещения, тогда как железобетонные элементы продолжают выполнять функции несущей части конструкции.

В связи с этим необходимо отметить, что современные методы расчетов сосредоточивают внимание на границах качества, хотя для многих характеристик (тепло-, звукоизоляция и др.) важно не только предельное состояние, но и распределение качества.

В процессе эксплуатации зданий дефекты накапливаются, изменяясь количественно и качественно. Оставленные без внимания незначительные дефекты могут привести к серьезным нарушениям целостности конструкций и даже к авариям. Надежная работа строительных конструкций обеспечивается в случае, когда во время эксплуатации принимаются эффективные меры по устранению дефектов или локализации их вредного влияния.

Основой расчетов конструкций жилых и общественных зданий в настоящее время является метод предельных состояний СНиП 2.08.01—89* (прилож. 1, п. 15) установлены две группы предельных состояний: по потере несущей способности по непригодности к нормальной эксплуатации. Предельные состояние разделены по степени ответственности и степени потери эксплуатационной способности. Цель расчетов по предельным состояниям — обеспечить надежность и комфортность при возведения сооружения и его эксплуатации.