Глава 4 математические методы оценки надежности и долговечности реконструируемых зданий

Долговечность зданий как сложных систем определяется изменчивостью во времени свойств материала за счет физико-химического воздействия окружающей среды, нагрузок и воздействий от эксплуатации. В конструктивных элементах здания происходят значительные изменения и колебания усилий и напряжений, их концентрация и накопление, в результате чего возникают остаточные деформации, вызывающие микро- и макроразрушение. Накопление повреждений в элементах здания приводит к возникновению условий, при которых дальнейшая эксплуатация невозможна без восстановительных работ. Само накопление повреждений является, как правило, длительным процессом и зависит от степени эксплуатации, внешних условий, из которых следует выделить прежде всего температурно-влажностные и агрессивные воздействия окружающей среды. В то же время накопление повреждений носит случайный характер.

Категории надежности и долговечности неадекватны. Как правило, долговечность характеризует эксплуатационный срок здания в целом и конструктивных элементов в отдельности.

Под долговечностью здания понимают такой предельный срок службы, за который под воздействием природно-климатических факторов конструктивные элементы приходят в состояние, когда дальнейшая эксплуатация становится невозможной, а восстановление - экономически нецелесообразным. Долговечность здания определяется сроком службы несменяемых при ремонте конструкций. Некоторые авторы под долговечностью понимают такой срок службы, по истечении которого снижается вдвое несущая способность конструкций.

В зависимости от капитальности зданий установлен нормативный срок службы конструкций. Так, для первой группы капитальности срок службы фундаментов, стен и перекрытий составляет 150 лет; для второй группы: фундаменты и стены - 120 лет, перекрытия - 100 лет; третьей группы: фундаменты и стены - 100 лет, перекрытия - 50 лет.

Опытные данные показывают, что технический срок службы конструктивных элементов зданий существенно превышает нормативный. В то же время достаточная неоднородность по показателю долговечности используемых строительных материалов приводит к возникновению условий, снижающих надежность отдельных узлов и конструктивных элементов здания. Характерным примером неоднородности по долговечности являются деревянные перекрытия, металлическая кровля, инженерное оборудование и др.

Изучение надежности и долговечности зданий является весьма актуальной проблемой. Этому вопросу посвящен ряд работ, из которых следует отметить исследования А.А. Русакова, Б. Г. Бердиневского, В.Д. Райзера, В.Н. Богословского, А.Г. Ройтмана, Е. Арендского, Д. С. Авирома, К.А. Шрейбера, Г. Шлете и других авторов.

Случайный характер воздействий на строительные конструкции потребовал применения вероятностно-статистических методов их расчета, которые успешно используются при конструировании и расчете элементов зданий.

В настоящей работе сделана попытка развить имеющиеся представления о надежности реконструируемых зданий, разработать методику и использовать математический аппарат, позволяющий приблизить модели к реальным условиям.

Представляет интерес рассмотрение физической, математической, технологической и экономической моделей надежности. Эти аспекты исследований охватывают широкий круг технических, организационно-технологических и экономических вопросов, комплексная оценка которых дает путь к оптимизации и принятию решений по проектам реконструируемых объектов как сложных систем.