- •Реконструкция жилых зданий Часть I Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1 объемно-планировочные и конструктивные решения реконструируемых жилых зданий
- •§ 1.1. Роль реконструкции зданий в решении социально-экономических и градостроительных задач
- •Жилищный фонд Российской Федерации, размещенный в 4-, 5-этажных домах первых массовых серий
- •§ 1.2. Градостроительные аспекты реконструкции жилой застройки
- •§ 1.3. Характеристика жилищного фонда старой постройки
- •Классификация основных схем планировочной компоновки жилых капитальных зданий старой постройки
- •Конструктивные схемы капитальных жилых зданий старой постройки
- •§ 1.4. Объемно-планировочные и конструктивные решения домов первых массовых серий
- •Общая площадь квартир (м2) по нормам проектирования
- •§ 1.5. Жизненный цикл зданий
- •§ 1.6. Моделирование процесса физического износа зданий
- •§ 1.7. Условия продления жизненного цикла зданий
- •§ 1.8. Основные положения по реконструкции жилых зданий различных периодов постройки
- •Глава 2 инженерные методы диагностики технического состояния конструктивных элементов зданий
- •§ 2.1. Общие положения
- •Классификация повреждений конструктивных элементов зданий
- •§ 2.2. Физический и моральный износ зданий
- •Оценка степени физического износа по материалам визуального и инструментального обследования
- •§ 2.3. Методы обследования состояния зданий и конструкций
- •§ 2.4. Инструментальные средства контроля технического состояния зданий
- •Характеристики тепловизоров
- •§ 2.5. Определение деформаций зданий
- •Значение предельно допустимых прогибов
- •§ 2.6. Дефектоскопия конструкций
- •Повреждения и дефекты фундаментов и грунтов основания
- •Число точек зондирования для различных зданий
- •Значения коэффициента к снижения несущей способности кладки в зависимости от характера повреждений
- •§ 2.7. Дефекты крупнопанельных зданий
- •Классификация дефектов панельных зданий первых массовых серий
- •Допустимая глубина разрушения бетона за 50 лет эксплуатации
- •§ 2.8. Статистические методы оценки состояния конструктивных элементов зданий
- •Значение показателя достоверности
- •Глава 3 методы реконструкции жилых зданий
- •§ 3.1. Общие принципы реконструкции жилых зданий
- •Методы реконструкции зданий
- •§ 3.2. Архитектурно-планировочные приемы при реконструкции жилых зданий ранней постройки
- •§ 3.3. Конструктивно-технологические решения при реконструкции жилых зданий старой постройки
- •§ 3.4. Методы реконструкции малоэтажных жилых зданий первых массовых серий
- •§ 3.5. Конструктивно-технологические решения при реконструкции зданий первых массовых серий
- •Уровень реконструктивных работ жилых зданий первых типовых серий
- •Глава 4 математические методы оценки надежности и долговечности реконструируемых зданий
- •§ 4.1. Физическая модель надежности реконструируемых зданий
- •§ 4.2. Основные понятия теории надежности
- •§ 4.3. Основная математическая модель для изучения надежности зданий
- •§ 4.4. Методы оценки надежности зданий с помощью математических моделей
- •§ 4.5. Асимптотические методы в оценке надежности сложных систем
- •§ 4.6. Оценка среднего времени до возникновения отказа
- •§ 4.7. Иерархические модели надежности
- •Методики оценки функции надежности p(t) реконструированных зданий
- •§ 4.8. Пример оценки надежности реконструируемого здания
- •Глава 5 основные положения технологии и организации реконструкции зданий
- •§ 5.1. Общая часть
- •§ 5.2. Технологические режимы
- •§ 5.3. Параметры технологических процессов при реконструкции зданий
- •§ 5.4. Подготовительные работы
- •§ 5.5. Механизация строительных процессов
- •§ 5.6. Технологическое проектирование
- •§ 5.7. Проектирование технологических процессов реконструкции зданий
- •§ 5.8. Календарные планы и сетевые графики
- •§ 5.9. Организационно-технологическая надежность строительного производства
- •Глава 6 технология производства работ по повышению и восстановлению несущей и эксплуатационной способности конструктивных элементов зданий
- •Расчетное сопротивление грунтов по нормам 1932 - 1983 гг.
- •§ 6.1. Технологии укрепления оснований
- •§ 6.1.1. Силикатизация грунтов
- •Радиусы закрепления грунтов в зависимости от коэффициента фильтрации
- •Технология и организация производства работ
- •Механизмы, оборудование и приспособления для проведения инъекционных работ
- •Значения коэффициента насыщения грунта раствором
- •§ 6.1.2. Закрепление грунтов цементацией
- •§ 6.1.3. Электрохимическое закрепление грунтов
- •§ 6.1.4. Восстановление оснований фундаментов с карстовыми образованиями
- •§ 6.1.5. Струйная технология закрепления грунтов оснований фундаментов
- •Прочность грунтоцементных образований
- •§ 6.2. Технологии восстановления и усиления фундаментов
- •§ 6.2.1. Технология усиления ленточных фундаментов монолитными железобетонными обоймами
- •§ 6.2.2. Восстановление несущей способности ленточных фундаментов методом торкретирования
- •§ 6.2.3. Усиление фундаментов сваями
- •§ 6.2.4. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями с электроимпульсным уплотнением бетона и грунтов
- •§ 6.2.5. Усиление фундаментов сваями в раскатанных скважинах
- •Производство работ
- •§ 6.2.6. Усиление фундаментов многосекционными сваями, погружаемыми методом вдавливания
- •§ 6.3. Усиление фундаментов с устройством монолитных плит
- •§ 6.4. Восстановление водонепроницаемости и гидроизоляции элементов зданий
- •§ 6.4.1. Вибрационная технология устройства жесткой гидроизоляции
- •§ 6.4.2. Восстановление гидроизоляции инъецированием кремнийорганических соединений
- •§ 6.4.3. Восстановление наружной вертикальной гидроизоляции стен фундаментов
- •§ 6.4.4. Технология повышения водонепроницаемости заглубленных конструкций зданий и сооружений путем создания кристаллизационного барьера
- •§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков
- •§ 6.6. Технология усиления железобетонных колонн, балок и перекрытий
- •Усиление конструкций композитными материалами из углеродных волокон
- •Глава 7 индустриальные технологии замены перекрытий
- •§ 7.1. Конструктивно-технологические решения замены междуэтажных перекрытий
- •График производства работ при устройстве монолитного перекрытия по профнастилу
- •§ 7.2. Технология замены перекрытий из мелкоштучных бетонных и железобетонных элементов
- •§ 7.3. Технология замены перекрытий из крупноразмерных плит
- •§ 7.4. Возведение сборно-монолитных перекрытий в несъемной опалубке
- •§ 7.5. Технология возведения монолитных перекрытий
- •§ 7.6. Эффективность конструктивно-технологических решений по замене перекрытий
- •Трудозатраты на устройство междуэтажных перекрытий при реконструкции жилых зданий
- •Область эффективного применения различных конструктивных схем перекрытий
- •График производства работ по устройству сборно-монолитных перекрытий
- •Глава 8 повышение эксплуатационной надежности реконструируемых зданий
- •§ 8.1. Эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций
- •§ 8.2. Повышение энергоэффективности ограждающих конструкций
- •§ 8.3. Характеристики теплоизоляционных материалов
- •§ 8.4. Технологии утепления фасадов зданий с изоляцией штукатурными покрытиями
- •§ 8.5. Теплоизоляция стен с устройством вентилируемых фасадов
- •Физико-механические характеристики облицовочных плит
- •§ 8.6. Технологии устройства вентилируемых фасадов
- •Характеристика средств подмащивания
- •График производства работ по теплозащите стен пятиэтажного 80-квартирного жилого дома серии 1-464
- •§ 8.7. Оценка эксплуатационной надежности и долговечности утепленных фасадных поверхностей
- •§ 8.8. Управляемые технологии энергопотребления жилых зданий
- •Список литературы
§ 4.4. Методы оценки надежности зданий с помощью математических моделей
Простейшая модель в предположении экспоненциальности
Рассматриваем n-мерный случайный процесс X(t) = xx(t),...,xn(t) с конечным множеством значений X и критическим множеством Q, попадание в которое интерпретируется как отказ всей системы. Считаются заданными следующие характеристики: α(х) - интенсивность выхода из состояния х; Р(у/х) - вероятность перехода из состояния х в состояние , если выход из состояния х состоялся.
Пусть - вероятность того, что за время t процесс не попал в критическое множество Q и в момент t он находится в точке х при условии, что в начальный момент процесс находился в точке х0.
Обычными методами для функций мы получаем следующую систему дифференциальных уравнений
(4.1)
для иPx(t,x) = Q. (4.2)
Начальные условия для системы еслих ¹ x0. Поскольку множество X конечно, система (4.2) имеет единственное решение и может быть решена, по крайней мере численно. Заметим, что число уравнений равно числу точек вне множества Q.
Функция надежности выражается через решение системы (4.2) с помощью соотношения где суммирование ведется по всем состояниям вне множества Q.
Полученная система кажется слишком сложной для практического использования. Чтобы убедиться, что это не так, рассмотрим численный пример.
Пример 2. Предположим, что система состоит из двух элементов и имеет три состояния с переходами и интенсивностями, изображенными на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Граф переходов из состояний для примера 2
При этом критическое множество состоит из одного состояния 3. В начальный момент система находится в состоянии 1. Нас интересует надежность системы, т.е. время до попадания в состояние 3. Система (4.1) принимает вид
(4.3)
с начальными условиями Р(0,1)=1, Р(0,2)=0. (Здесь для удобства опущен нижний индекс 1). Наиболее короткий метод решения системы (4.3) - использование преобразований Лапласа, т.е. функций вида
Для преобразований Лапласа вместо системы дифференциальных уравнений мы получаем систему алгебраических уравнений, интегрирование по частям дает
Итак, вместо (4.3) мы имеем
(4.4)
откуда
(4.5)
Теперь необходимо обратить преобразование Лапласа для P(s,1). Обозначим s1 и s2 корни знаменателя в выражении (4.5) для P(s,1). Нетрудно проверить, что оба они отрицательны и
Значения s1,2 определяют из соотношения
Для обращения преобразований Лапласа воспользуемся справочными данными и получим
а надежность системы, т.е. вероятность того, что за время t не будет отказа
P(t) = P(t,1)+ P(t,2). (4.6)
На этом элементарном примере мы замечаем одно важное обстоятельство: функция надежности имеет экспоненциальный характер. Посмотрим, как ведет себя эта функция при большом t. Для определенности выберем s2 < s1, тогда при t → ¥
(4.7)
В дальнейшем убедимся, что экспоненциальный характер функции надежности очень часто возникает в приложениях и объясняется целым рядом причин, коренящихся в характере случайных процессов, описывающих соответствующие объекты.
Пример 3. Рассмотрим с этих позиций пример, приведенный в § 4.2. Для простоты предположим, что грунт может находиться в двух состояниях: нормальное, без нарушения структуры, с несущей способностью, обеспечивающей нормальную эксплуатацию здания; нарушены физико-механические свойства, что может привести к неоднородным осадкам, просадкам фундамента и его разрушению.
Фундамент также может находиться в двух состояниях: нормальном, без видимых нарушений, с однородной допустимой осадкой; с потерянной несущей способностью вследствие разрушения полностью или части фундамента.
Вся система будет иметь четыре варианта состояний: 1 - нормальное состояние грунта и фундамента; 2 - нарушены физико-механические свойства грунта и несущая способность фундамента; 3 - нормальное состояние грунта, но фундамент разрушен и потерял несущую способность; 4 - нарушены физико-механические свойства грунта, и фундамент утратил несущую способность.
Критическое множество Q в этом случае содержит два состояния: (4.3) и (4.4). Граф переходов из состояния в состояние выглядит, как показано на рис. 4.7.
Рис. 4.7. Граф переходов Состояния 3 и 4 образуют критическое множество
Пусть t1 - время, в течение которого в грунте не возникает опасных изменений; t2 - время между возникновением опасных нарушений физико-механических свойств грунта и потерей несущей способности фундамента; - среднее значениеti (i = 1,2).
Переход из состояния 1 в состояние 3 означает разрушение фундамента, не связанное с изменениями состояния грунтового основания.
Обозначим t3 - продолжительность нормального функционирования фундамента при условии, что грунт не подвергался никаким нарушениям.
В соответствии с развитой ранее техникой получим следующие значения для интенсивностей переходов
(4.8)
Система уравнений
с начальными условиями Р1(0) = 1, Р2(0) = 0.
Решение:
и вероятность отсутствия отказа до t
(4.9)
Мы видим, что полученная зависимость (4.9) также носит экспоненциальный характер.
Небольшое усложнение модели позволяет учесть большое число состояний.
Основные трудности в применении предложенного метода состоят не в объеме вычислений, а в получении необходимых исходных данных.
Если имеется достаточное число наблюдений за поведением однотипных объектов, то величины, обратные интенсивности переходов, не что иное, как среднее время пребывания объекта в соответствующем состоянии.
Оценка среднего значения случайной величины по наблюдениям - это достаточно элементарная задача математической статистики.
Если объект уникален или нет достаточного числа наблюдений, математическая статистика помочь не может. Здесь можно использовать физико-механические методы.
Пусть, например, выход системы из данного состояния определяется значением некоторого числового параметра ξ(t) (осадка фундамента, степень уплотненности грунта, деформация конструкций и т.п.). Обычно ξ(t) - случайный процесс. Например, на конструкцию здания воздействуют следующие факторы: 1 - нагрузки (постоянные, временные, динамические, аварийные); 2 - окружающая среда (ветер, атмосферные осадки, солнечная радиация, неравномерные осадки оснований, землетрясения); 3 - внутренние источники напряжений (температура, усадки, ползучесть, перераспределение нагрузок).
Наличие большого числа факторов свидетельствует о том, что ξ(t) гауссовский процесс. Выход системы из состояния возникает тогда, когда значение характеристики ξ(t) превышает некоторый заданный уровень (например, нагрузка на несущие конструкции становится больше допустимой). Тогда нам нужно найти среднее время, за которое процесс ξ(t), выйдя из точки т, впервые пересечет уровень R. Эта задача имеет решение для целого ряда процессов.