§ 1.6. Моделирование процесса физического износа зданий

Физический износ зданий определяет такие характеристики объекта, как эксплуатационную надежность и стоимость восстановительных работ, которая в итоге оценивается экономической целесообразностью реконструкции или сноса зданий.

Физический износ жилых зданий можно аппроксимировать некоторой функцией Y(t), динамически меняющейся во времени.

Вид функции оценивается в зависимости от многих факторов: текущий и капитальный ремонт; техническая эксплуатация; уровень воздействия динамических нагрузок на фундаменты; влияние техногенных процессов; изменение геотехнического состояния оснований фундаментов; старение материала конструкций под действием атмосферных воздействий.

В соответствии с ВСН 53-86 р «Правила оценки физического износа жилых зданий» этот параметр определяется отношением стоимости ремонтных работ к его полной восстановительной стоимости.

В зависимости от уровня капитальности зданий, воздействия на объект изменившихся нагрузок и реакции здания осуществляют текущие и капитальные ремонты, предусмотренные нормативными документами.

Математическое моделирование процесса физического износа может быть представлено в виде функции Y(t), зависящей от внешних и внутренних воздействий G, имеющих постоянный характер во времени, и переменной F(t), включающей процессы осадки зданий, старение и изменение физико-механических характеристик несущих и ограждающих конструкций; инерции системы здания с массой т на ускорение функции  ; трения системы, как произведение коэффициента трения К_тр на скорость изменения состояния объекта  ; реакции здания, связанной со значением износа, который определяется долей восстановления при капитальном ремонте sd(t)Y.

Процесс физического износа может быть описан дифференциальным уравнением, полученным С.А. Болотиным.

где s - коэффициент, учитывающий степень износа; δ(t)Y - время проведения ремонтно-восстановительных работ со степенью износа Y.

Оценим влияние на интенсивность физического износа зданий текущего ремонта s = 0. В качестве внешних воздействий и реакции здания используем экспоненциальную зависимость осадок здания во времени.

Тогда дифференциальное уравнение имеет следующий вид

где w - частота проведения ремонтов; - скорость износа; - отношение переменных параметров воздействия к постоянным;g - сила инерции объекта.

Тогда интенсивность физического износа может быть представлена зависимостью типа

где τ - постоянная времени для оценки экспоненциального уменьшения осадок фундаментов.

Для оценки интенсивности износа задаются параметры частоты текущих ремонтов. В зависимости от этого функция износа будет иметь различные степенные показатели wt, что определяет характер экспоненциальных кривых в зависимости от времени эксплуатации (рис. 1.12.). В зависимости от условий технического обслуживания график износа будет иметь вогнутую или выпуклую форму.

Рис. 1.12. Кривые износа жилых зданий в зависимости от продолжительности эксплуатации 1 - выпуклая; 2 - вогнутая; 3 - кривая со смешанной формой

Вогнутая форма кривой свидетельствует о более интенсивном износе в начальный период эксплуатации, а выпуклая - о стабилизации деформации зданий во времени и менее интенсивной потере эксплуатационных свойств.

В зависимости от влияния техногенных процессов и уровня восстановительных работ в период эксплуатации кривая интенсивности износа может иметь как выпуклую, так и вогнутую части, что свидетельствует о некоторой стабилизации эксплуатационной надежности в центральной части (кривая 3) и более быстрой потере эксплуатационных свойств с увеличением параметра времени.

Представленные зависимости дают возможность качественной оценки состояния объектов. Для полной оценки физического износа требуется детальное обследование конструктивных элементов с использованием современных методик, аппаратуры и инженерного расчета остаточной несущей способности зданий как сложных строительных систем.