Долговечность и эксплуатационная надежность строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений

Доклады и дискуссии показали, что  российские и зарубежные коллеги  в повседневной практике сталкиваются со схожими проблемами: сложностями проектирования и строительства зданий в сейсмоопасных районах (Н. Юрашек, Франция); разрушениями кладки, обусловленными различными факторами, и необходимостью ее восстановления (М.К. Ищук, Россия; Д. Томас, Д. Мортон, Великобритания); влиянием темпертурно-влажностного режима кладки на эксплуатационные характеристики и долговечность каменных конструкций (В.Г. Гагарин, Россия; О. Дюпон, Франция).

 

 

 

 

 

Европейская нормативно-техническая  база, по мнению европейских специалистов, также далека от совершенства. Аргументированные  предложения по корректировке Еврокод 6 высказал Д. Мартенс (Нидерланды).

Особый интерес российских участников конференции вызвал доклад В.Г. Гагарина (НИИСФ РААСН), который вновь заострил внимание специалистов на ряде положений по энергосбережению. В частности, он отметил, что Россия, являясь самой холодной страной в мире, на душу населения потребляет меньше энергии, чем такие страны, как Норвегия, Канада, США. При этом экономия энергии всегда была важна для России. Научные, учебные и технические публикации на эту тему появились более 100 лет назад. Первые нормы по энергосбережению в зданиях были введены в 1939 г., на 30–35 лет раньше, чем в Европе. В настоящее время в России одни из самых высоких требований к теплозащите зданий.

Попытки обеспечить теплозащиту зданий в основном за счет повышения теплосопротивления стен привело к усложнению их конструкций  и в конечном итоге к снижению надежности и долговечности. На примерах расчета приведенного сопротивления  теплопередаче простых и достаточно надежных конструкций стен было показано, что они позволяют выполнять действующие нормативные требования при потребительском подходе. При этом требуется тщательная проработка узлов с целью снижения теплопотерь через них, так как дальнейшее повышение нормативных значений требуемого сопротивления теплопередаче конструкций не имеет практического значения, пока не решены проблемы снижения теплопотерь через узлы.

Как зарубежные, так и российские участники конференции высоко оценили возможность профессионального общения по важнейшим вопросам современного строительства, которое позволяет определить главные направления совершенствования не только нормативно-технических документов в области каменных конструкций, но и создания соответствующего ассортимента каменных материалов с заданными свойствами, для возведения теплоэффективных, надежных и долговечных стен зданий.

4.5.МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОЗВЕДЕНИЯ КИРПИЧНЫХ ЗДАНИЙ

 

Прочностные свойства материалов и качество кладки в значительной степени определяют несущую способность и надежность возводимых каменных конструкций. Традиционный контроль качества по соответствию всей совокупности нормативных требований по альтернативному признаку часто приводит к приемке дефектной строительной продукции и авариям. Поэтому разработка методов оценки качества, основанных на количественных критериях с учетом требуемой обеспеченности прочностных характеристик кладки, является актуальной задачей.

 

 

 

 

Согласно СНиП II-22-81 [2] среднее значение предельного сопротивления внецентренно сжатых неармированных каменных элементов определяется выражением

   (5)

Выражение (5) представляет собой обобщающую функцию (комплексный показатель) качества возведения несущих каменных стен и столбов, зависящую от свойств материалов, геометрических параметров кладки, эксцентриситета приложения нагрузки, условий опирания элемента. Для исключения влияния конструктивных особенностей введем относительный показатель несущей способности

  (6)

где , - значения фактической и проектной несущей способности элемента.

Натурные исследования качества каменных работ были проведены  на десяти зданиях стеновой конструктивной системы [9]. Объем выборки для каждого здания принят равным 30. При этом относительная погрешность оценки составила 6 % при доверительной вероятности 0,95. По результатам статистического контроля была построена гистограмма распределения относительного показателя несущей способности в объединенной выборке (рис. 10а).

Проектное распределение  несущей способности определялось методом статистических испытаний при нормативных значениях отклонений геометрических параметров, указанных в табл. 34 СНиП 3.03.01-87 [10]. При этом проектная вариация прочности кладки принималась по данным Пособия к СНиП II-22-81 [11] равной 0,15. Построенная гистограмма распределения приведена на рис. 10б.

а)

 

б)

Рис. 10. Гистограммы фактического (а) и проектного (б) распределений относительного показателя несущей способности каменных элементов

Анализ  полученных результатов показал:

1. аппроксимирующие распределения значений K_R, как и следовало ожидать, близки к нормальным;
2. среднее значение K_R с учетом наблюдаемых отклонений равно 0,956, что свидетельствует о нарушении условия обеспеченности несущей способности каменных конструкций по исследованной выборке зданий;
3. стандартное отклонение несущей способности составляет 0,192, что значительно превышает проектную изменчивость, равную 0,111.

Оценка нормальности распределения значений K_R производилась по асимметрии и эксцессу, характеризующим соответственно скошенность и островершинность кривой распределения, а также их стандартным ошибкам. Наблюдаемая асимметрия близка к нулю, а величины эксцесса и асимметрии лежат в пределах своих двукратных стандартных ошибок, что является признаками нормальности изучаемых распределений. Результаты оценки аппроксимации нормальным законом распределения по критериям Колмогорова и Пирсона также подтверждают гипотезу о нормальности распределений на высоком уровне значимости.

Предельно-допустимая величина показателя качества каменной кладки K_R рассчитывалась при неблагоприятном сочетании предельных нормативных отклонений [10]. С учетом суммарных нормативных отклонений расчетное предельное значение показателя для несущих стен толщиной 380-640 мм равно 0,718. При наблюдаемом распределении (см. рис. 10а) вероятность того, что значения показателя качества не будут меньше предельного значения = 0,718, равна 0,8917. В случае если снижения прочности кладки не произойдет (K_R=l), указанная вероятность при наблюдаемом разбросе составит 0,9286.

 

 

 

 

 

Найдем обеспеченность расчетного сопротивления кладки сжатию по требованиям нормативных документов [2,11]. Для каменных конструкций в нормах [11] на основании статистических данных принят коэффициент вариации прочности на сжатие V_R= 0,15 и квантиль = 2 при обеспеченности 1- α= 0,98. Вероятное понижение прочности кладки по сравнению с уровнем, принятым в нормах, учитывается делением нормативного сопротивления на коэффициент 1,2, а другие второстепенные факторы, не учитываемые расчетом, и дефекты (ослабление кладки «пустошовкой», гнездами, небольшие отклонения столбов и стен от вертикали и т.п.) - на коэффициент 1,15. Таким образом, коэффициент надежности по материалу *_т = 1,2*1,15 = 1,4.

Определим вероятность  того, что величина средней прочности  окажется больше расчетного значения

 

(7)

С учетом нормативных  зависимостей искомая вероятность  равна

 

Найденную величину обеспеченности следует принять  в качестве предельной, гарантирующей  безаварийное состояние каменных конструкций. Сравнение полученной величины с  ранее рассчитанными вероятностями обеспечения требуемого показателя качества показало, что фактические погрешности каменных работ обеспечивают выполнение условия K_R   с вероятностью 0,892, что  меньше  требуемой  обеспеченности   0,9996.

При наблюдаемой  дисперсии несущей способности стыков, даже если снижения прочности стыков не произойдет (K_R= 1), указанная вероятность не достигает требуемой величины.

Следовательно, для  обеспечения надежности каменных конструкций  по показателю несущей способности  необходимо повысить точность каменных работ как по условию снижения систематических отклонений от средних значений, так и по условию уменьшения влияния случайных разбросов.

Точность технологического процесса по критерию несущей способности каменной конструкции предлагается оценивать показателем:

  (8)

 

 

 

 

где:

 - среднее значение фактической относительной прочности конструкции; - квантиль распределения Стьюдента степени свободы ν=n-l уровня доверия 1-α; S()- выборочное стандартное отклонение относительной прочности конструкции.

Введем также  показатель стабильности уровня качества:

 

= S()/S(), (9)

где , ),- выборочные стандартные отклонения фактической и проектной относительной прочности конструкции.

Решим задачу назначения предельных значений показателей точности и стабильности, при которых наблюдаемая технологическая изменчивость не приводила бы к нарушению условия

(10)

При нормальном распределении  значений K_R из условия (10) следует, что аргумент функции стандартного нормального распределения Ф(и) равен

    (11)

Из формул (9) и (8) выразим

и подстановкой в (11) получим

   (12)

Кроме того, имеем

(13)

Полученные соотношения  между показателями точности и стабильности процессов и относительным показателем несущей способности могут быть упрощены с учетом полученных статистик для исследованной выборки зданий:

 

При доверительной  вероятности расчетов 0,95, выборке  п>120 и t₀₉₅ =1,645  подстановкой в (12)  получаем

К_Т=3,502К_СТ -1,544, (14)

а также находим

K_ст= 0,286*К_Т + 0,441. (15)

 

 

 

 

Выражения (14) и (15) справедливы для исследованной выборки заданий при n >120 и доверительной вероятности оценок 0,95. В случае выборки малого объема при неизвестной изменчивости показателя несущей способности следует применять выражения:

(16)

                                   (17)

Например, при  статистическом контроле возведения здания на выборке п=30 получены относительный показатель качества = 0,987 и его стандартное отклонение S() = 0,188 при проектном значении S() = 0,111. Квантиль t -распределения степени свободы ν = 29 уровня доверия α =0,05 равен = 1,699. Показатели точности и стабильности технологического процесса по критерию несущей способности конструкции найдем по формулам (8) и (9):

---

 

Предельные значения показателей точности и стабильности уровня качества из выражений (16) и (17):

 

 

Таким образом, фактические  значения показателей точности и стабильности значительно превышают критические значения, гарантирующие выполнение условия (10) обеспеченности несущей способности с вероятностью не менее 0,9996. Следовательно, необходимы мероприятия по повышению точности и стабильности технологических процессов каменных работ.

Заключение. В качестве комплексного показателя качества возведения кирпичных зданий предлагается принять несущую способность кладки. Относительное значение этого показателя выражает снижение несущей способности каменного элемента при допущенных дефектах, фиксируемых при статистическом контроле качества. Для оценки качества обоснованы предельное значение указанного показателя и требуемая обеспеченность его случайных значений. Предложенные показатели точности и стабильности технологического процесса могут быть использованы для контроля и сравнительной оценки результатов работы бригад каменщиков, деятельности строительных подразделений как во времени, так и в пространстве. Назначение предельных величин показателей точности и стабильности предложено

производить с  учетом имеющихся взаимосвязей показателей, исходя из обоснованного условия  обеспеченности предельного значения уровня качества.

4.8 Использование ЭВМ в проектировании армокаменных конструкций.

Возможности проектирования в среде APM Civil Engineering

В настоящее время  российская экономика идет по пути интенсивного развития отдельных отраслей народного хозяйства. Это, в первую очередь, относиться области промышленного и гражданского строительства. Иначе говоря, в строительстве наблюдается настоящий «бум», а, в связи с дефицитом жилья, темпы роста строительства в ближайшее время должны существенно возрасти.

Необходимо отметить, что гражданское строительство  развивается как в направлении возведения высотных зданий, так и малоэтажного строительства. Россия, с ее огромными просторами, по заявлению правительства страны, делает ставку на малоэтажное строительство, которое предоставляет более комфортные условия для проживания в городах и в сельской местности.

Для того чтобы  выполнить всевозрастающие задачи малоэтажного строительства с наименьшими затратами необходимо иметь полный комплекс инструментов для расчета и проектирования объектов малой этажности, большая часть которых изготавливается из кирпичей и блоков с армированием и без. Кроме армокаменных, в малоэтажном строительстве широко используются деревянные и металлические конструкции, а также сэндвич - панели.