- •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
§ 4.6. Оценка среднего времени до возникновения отказа
Для многих практически важных случаев функция надежности может быть оценена, если известно среднее время достижения критического множества, т.е. среднее время эксплуатации объекта до полной потери несущей способности. Вернемся к модели, описанной в § 4.1.
Пусть т(х) - среднее время до попадания в множество Q из состояния . Для функций т(х) выполняется система уравнений
(4.17)
Эта система линейных алгебраических уравнений состоит из конечного множества уравнений, так что ее решение не представляет собой значительных трудностей.
Пример 5. Для наглядности рассмотрим объект, описанный ранее, с графом переходов (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Граф переходов для примера 5
Здесь
Система (4.17) принимает вид
откуда
(4.18)
Если γ1 = 0, α2 → 0, как это было в предыдущем параграфе, то асимптотика среднего времени эксплуатации
(4.19)
что совпадает с зависимостью (4.15).
§ 4.7. Иерархические модели надежности
Метод наиболее вероятных траекторий
Асимптотические методы при оценке надежности объектов применимы, когда имеются неоднократные восстановления (регенерации) объекта.
Если предположить, что объект не ремонтируется или ремонты не возвращают его в первоначальное состояние, а только задерживают в том, в котором он уже находился, то состояния координат процесса могут быть перенумерованы таким образом, что с течением времени их значения только увеличиваются.
На рис. 4.12 показана типичная траектория такого процесса.
Рис. 4.12. Пример траектории иерархического процесса
По каждой координате возможно только увеличение. На рис. 4.12 показано движение вправо и вверх, но не вниз и влево. Процессы такого рода никогда не возвращаются в состояние, в котором они уже были.
Граф переходов таких процессов не имеет петель и выглядит, как показано на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Граф переходов в различные состояния
Такие процессы можно назвать иерархическими, поскольку все множество состояний разбивается на классы К1, К2, ..., Ki и движение возможно только из одного класса в другой или в критическое множество (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Иерархический процесс К - классы состояний
Задачи теории надежности для таких процессов весьма своеобразны, и для них не работает асимптотическая теория. Сразу заметим, что система (4.1) может быть решена рекуррентно. В самом деле, введем двойную нумерацию для состояний, перенумеровав классы и состояния внутри класса, так что состояние (i,j) означает i-е состояние j-го класса. При такой нумерации вместо рис. 4.13 будем иметь схему, представленную на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Пример разбиения на классы для иерархической системы
Пусть - среднее время пребывания процесса в состоянии (i,j), a - вероятность перехода из состояния (l,j-1) в состояние (i,j), т.е. из состояния l класса j-1 в состояние i класса j.
Обозначим Pi,j(t) - вероятность того, что до момента t не было попадания в Q и в момент t процесс находился в состоянии i класса j. Тогда вместо системы (4.1) получаем
(4.20)
С начальным условием Р11(0) = 1, Рij(0) = 0, ij ¹ 1. Мы считаем, что класс К1 состоит из одного состояния и движение начинается из него.
Система (4.20) может быть решена последовательно, так как справедлива рекуррентная формула
(4.21)
С самого начала мы знаем вероятность P11(t), затем по формуле (4.21) находим вероятности состояний второго класса, потом третьего, пока не переберем все классы. Функция надежности в этом случае может быть оценена следующей зависимостью
(4.22)
Формула (4.21) показывает также, что P(t) будет представлять линейную комбинацию экспонент.
Отметим также, что для объектов описанного рода можно рассматривать αij как функции от t, что значительно расширяет круг приложений этой модели.
Значительно упрощается для данных моделей и вычисление среднего времени достижения критического множества, т.е. времени безаварийной эксплуатации. Пусть m(i,j) - среднее время достижения критического множества из состояния i класса j. Тогда
(4.23)
где l - номер последнего класса. Для других классов имеем рекуррентное соотношение
(4.24)
Формулы (4.23) и (4.24) позволяют последовательно вычислить m(i,j). Пример 1 превращается в иерархическую модель, если β2 = 0, т.е. имеет граф переходов (рис. 4.16).
Рис. 4.16. Граф переходов для иерархических систем
В этой простейшей модели имеются два класса К1 и К2, каждый из которых содержит по одному состоянию. Тогда
(4.25)
и надежность системы
P(t) = P1(t) + P2(t). (4.26)
Среднее время достижения критического множества из состояния i
Иерархическая модель позволяет получить оценки для среднего времени достижения уровня и в более сложных случаях, когда имеются системы с регенерацией. Мы знаем, что для оценки этого времени необходимо знание двух чисел: τ - среднее время периода регенерации и q - вероятность достижения критического множества на периоде регенерации.
Первое из этих чисел обычно нетрудно найти. Вся проблема во втором. В ряде математических работ ясно и наглядно показано, что основной вклад в q вносят так называемые монотонные траектории, грубо говоря, траектории без петель. Но это и означает иерархичность системы. Более подробно с этим методом можно познакомиться в указанной литературе. Мы же продемонстрируем его применение на следующих примерах.
Система с графом переходов (рис. 4.17). Здесь q удается найти в явном виде
(4.26)
Более сложная система с графом переходов (рис. 4.18). Точки регенерации - моменты возвращения в первое состояние.
Рис. 4.17. Граф переходов из состояния для примера 4
Рис. 4.18. Граф переходов из состояния для примера 5
В качестве оценки для q берем траектории, не имеющие петель. Перечислим их:
1 → 4, 1→2→ 4, 1→2→ 3→4. I II III
Вероятности этих траекторий
так что
q ≈ P(I) + P(II) + P(III). (4.28)
На самом деле есть еще траектория типа 1 → 2 → 3 → 4, но ее вероятность существенно меньше вероятностей уже указанных траекторий.
Результаты аналитических исследований позволили по-новому подойти к оценке надежности зданий за период длительной эксплуатации. При этом здание рассматривается как сложная взаимосвязанная система. Рассмотренные математические модели могут использоваться не только для прогнозирования надежности зданий в период эксплуатации, но и в случаях, когда требуется осуществить комплекс реконструктивных работ различной степени сложности. Установлены способы оценки входящих в модели параметров, которые преимущественно базируются на результатах статистической обработки наблюдений в сочетании с методами строительной механики и теории случайных процессов.
Установлены области рационального применения исследуемых моделей с учетом старения материала конструктивных элементов, наличия восстановленных свойств объекта после ремонтов с постоянно ухудшающимися свойствами конструктивных элементов и т.п.
Методический подход к оценке функции надежности представлен материалами в таблице 4.1.
Таблица 4.1