Симоненко Геннадий Иванович, начальник отдела экспертизы зданий и сооружений ООО «Ресурс»
Оценка степени износа цехов плавления металла
В работе описывается, что такое конструктивные элементы цехов плавления, прочностные и деформативные нагрузки, предельные состояния, а также даются формулы по расчету степени износа.
В настоящее время разработано большое количество нормативных документов различного уровня, которые содержат классификации конструктивных элементов цехов плавления по их техническому состоянию.
В разряд ненесущих конструктивных элементов отнесем: ненесущие (навесные) стены согласно, элементы навесного фасада, перегородки, полы, кровлю, окна, двери, отделк у, из прочих элементов — отмостку. Сюда относятся также и все инженерные устройства.
Отказ или ветхость таких конструктивных элементов, как правило, не приводит к серьезным социальным или экономическим последствиям. В результате выхода из строя такого элемента принимается простое управленческое решение о восстановительных или замещающих затратах.
Объединяющим для несущих конструктивных элементов цехов плавления является их надежность и долговечность. Большинство из них называются несменяемыми конструктивными элементами, срок службы которых равен сроку службы здания в целом. Исключением являются: крыша и низкокапитальные варианты конструкций перекрытий и покрытия.
Несмотря на то, что надежность и долговечность, в конечном счете, являются экономическими категориями, техническое состояние таких элементов (в отличие от ненесущих) нельзя оценить только по внешним дефектам. Поскольку даже при отсутствии таковых, эксплуатация несущего конструктивного элемента может быть запрещена из-за наличия у него дефицита несущей способности по отношению к проектной нагрузке. Отсюда вытекает еще одна особенность несущих конструктивных элементов — необходимость выполнения при оценке их состояния поверочных расчетов по действующим нормам.
В разряд несущих конструктивных элементов цехов плавления отнесем: фундаменты, все виды стен, кроме ненесущих (навесных)], столбы, перекрытия, покрытие, крепежные элементы навесного фасада, элементы крыши, элементы каркаса, капитальные лестничные клетки, из прочих элементов — балконы, лоджии и козырьки.
Возникновение у таких конструктивных элементов предельного состояния по прочности может привести к серьезным последствиям экономического и социального характера. При неблагоприятных условиях разрушение ответственной несущей конструкции может привести к разрушению всего здания или большей его части. Иногда это может сопровождаться гибелью людей и уничтожением дорогостоящего оборудования.
В качестве показателя состояния несущих конструктивных элементов (показатель качества), претендующего на основополагающий фактор, был выбран показатель «надежность». Под этой характеристикой подразумевали коэффициент запаса (надежности), или уровень загруженности i-го конструктивного элемента (Кi). В выборе ограничились одним показателем, поскольку выбранный показатель является комплексным (интегральным).
В ранних руководящих документах, например, РД 50-650-87 надежность (работоспособность) определялась как свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Один из последних нормативных документов — СТО 36554501-014-2008 формулирует надежность строительного объекта как его способность выполнять требуемые функции в течение расчетного срока службы при надлежащем техническом обслуживании.
Главная особенность метода расчета по предельным состояниям состоит в оценке надежности по несущей способности и нормальным условиям эксплуатации через сравнение разрушающих усилий (Ф) или предельных усилий (Sпр) с расчетными усилиями соответственно (Nmax) и (S):
Ф ≥ Nmax; Sпр ≥ S
При этом Ф, Nmax, Sпр, S рассматриваются как случайные величины с известным распределением вероятности.
Статистическая изменчивость нагрузок и механических свойств материалов конструкций учитывается в расчетах по предельным состояниям с соответствующими коэффициентами.
Иными словами, надежность строительного объекта цехов плавления формируется с помощью нормативных значений физико-механических свойств материалов, из которых выполнены строительные конструкции, нормативных значений внешних воздействий и системы частных коэффициентов надежности.
Поэтому нормативные и, тем более, расчетные значения прочностных и деформативных характеристик, час то не совпадают с фактическими разрушающими значениями и не характеризуют реальную прочность конструкций или их элементов. Отсюда величина контрольной разрушающей нагрузки для любой, запроектированной по СНиП конструкции, всегда выше ее проектно допустимого значения. Например, для железобетонных конструкций в соответствии с характером развития и проявления в них отказов (внезапные или постепенные) имеют место разные коэффициенты запаса прочности, характеризуемые разными разрушающими нагрузками. Считали, что в результате старения материалов и появления в них дефектов и повреждений, конструктивный элемент проходит ряд стадий, характеризуемых снижением его надежности и увеличением материалоемкости восстановления.
В качестве базовых значений показателя надежности был выбран ряд значений общего коэффициента загруженности (Кi), соответствующего определенным условиям состояния. Он определяется как отношение несущей способности конструктивного элемента, вычисленной соответственно по расчетным (Тint,i), нормативным (Тnint,i) или временным (Тuint,i ) сопротивлениям материалов с учетом выявленных дефектов и повреждений, к эксплуатационной расчетной нагрузке (Тext): Кi=Тint,i/Тext, Кi=Тnint,i/Тext или Кi=Тuint,i/Тext. Отдельно выделено состояние проектной (начальной) несущей способности, соответствующей типовому проекту Тпроект. Это сделано для описания исходного состояния i-го конструктивного элемента.
Категория состояния № 1 — «нормативный уровень технического состояния». Она предполагает, что конструктивный элемент может эксплуатироваться под нагрузки, предусмотренные типовой серией или проектом без каких-либо мероприятий.
Категория состояния № 2 — «Работоспособное состояние». Она предполагает, что конструктивный элемент может эксплуатироваться под рассматриваемой эксплуатационной нагрузкой с учетом выполнения мероприятий ремонтного характера. Требуется текущий ремонт, с устранением локальных повреждений и консервацией свойств материалов конструктивного элемента без его усиления;
Категория состояния № 3 — «Ограничено работоспособное состояние». Она предполагает, что конструктивный элемент может эксплуатироваться под рассматриваемой эксплуатационной нагрузкой только с учетом мероприятий восстановительного характера. Требуется незначительное усиление и восстановление несущей способности конструкций до уровня эксплуатационных нагрузок;
Категория состояния № 4 — «неработоспособное состояние». Она предполагает, что конструктивный элемент может эксплуатироваться под рассматриваемой эксплуатационной нагрузкой только с учетом мероприятий восстановительного характера, выполненных в ограниченные сроки. Необходимо безотлагательное проведение страховочных мероприятий, материалоемкое усиление и восстановление несущей способности конструктивного элемента до уровня эксплуатационных нагрузок;
Категория состояния № 5 — «Аварийное состояние». Она предполагает, что конструктивный элемент не может эксплуатироваться под рассматриваемой эксплуатационной нагрузкой. Восстановление конструктивного элемента или технически невозможно, или экономически не целесообразно.
Требуется немедленное устройство временных аварийных креплений, полная разгрузка или замена конструктивного элемента.
В результате была получена окончательная классификация технического состояния для несущих конструктивных элементов зданий и сооружений. В общем виде она содержит категории состояний, качественные характеристики состояний, выводы и рекомендации, связанные с дальнейшей эксплуатацией конструктивного элемента или его замены.
Прогнозирование физического износа цехов плавления осуществляется по нормативам либо на основе регрессионной модели. Модель позволяет установить зависимость физического состояния конструктивного элемента здания в последующий момент времени от его состояния в предыдущие моменты времени и от состояния остальных конструктивных элементов.
Результаты прогноза используются в процессе планирования ремонтно-восстановительных работ. По признаку физического износа цехов плавления делятся на группы, определяющие подход к планированию ремонтных работ. Для одной из таких групп проводится поиск рационального плана ремонтов на основе оценки рыночной стоимости.
Прогнозирование физического износа:
Физический износ – это постепенная утрата изначально заложенных при строительстве технико-эксплуатационных качеств объекта под воздействием природно-климатических факторов, а также жизнедеятельности человека.
Физический износ здания нормативным методом следует определять по формуле:
Q = ∑gi ei / 100,
gi – износ отдельного конструктивного элемента (фундаменты, стены и перегородки, перекрытия, крыши, полы, заполнения оконных и дверных проемов, внутренняя отделка, внутреннее инженерное оборудование и прочие элементы), %;
ei – доля стоимости этого элемента в стоимости всего здания, % .
Доли восстановительной стоимости отдельных конструкций, элементов и систем в общей восстановительной стоимости здания принимают по укрупненным показателям этой стоимости жилых зданий, утвержденных в установленном порядке, а для конструкций, элементов и систем, не имеющих утвержденных показателей, – по их сметной стоимости.
Заключение о физическом состоянии объектов составляется на базе классифицированного анализа выявленных очевидных дефектов и повреждений конструктивных элементов, которые не требуют специальных аппаратурных и технических средств обнаружения и методов диагностики. Если видимые признаки повреждений и дефектов конструкций отсутствуют или их наличие не настолько очевидно, чтобы однозначно идентифицировать табличный уровень износа, то для определения процента физического износа предлагается воспользоваться расчетным методом, основанным на математической формализации процесса естественного старения элементов основных фондов в различных условиях эксплуатации. Статистическая обработка экспериментальных данных позволила аппроксимировать кривую нарастания физического износа зданий и конструктивных элементов при различных условиях эксплуатации. Формула имеет вид полинома третьей степени:
Q = 212,2*[t/(T*k]3-328,3*[t/(T*k)]2+188,4*[t/T*k]+3,
Q – физический износ здания или конструктивного элемента, %;
t – период эксплуатации объекта недвижимости, лет;
T – нормативный срок службы здания или конструктивного элемента, лет;
k – экспертный коэффициент, определяющий условия эксплуатации здания или конструктивного элемента (плохие – <1, нормальные – 1, хорошие – >1).
Экспертный коэффициент определяется путем ранжирования конструктивно-эксплутационных параметров жилых зданий, к которым относятся: конструктивная схема здания, год строительства и ввод в эксплуатацию, перекрытия, стены, перегородки, этажность, наличие подвала, кровля, высота этажей.
Исследования показали, что поскольку максимальный износ эксплуатируемых зданий не должен превышать 70-80%, то при нормальных условиях эксплуатации объекты недвижимости или конструктивные элементы по завершении нормативного срока эксплуатации достигают износа, равного 75,3%, что указывает на их аварийное состояние.
Значение физического износа i-го конструктивного элемента в момент времени T+r определяется по регрессионной модели Запись модели в свёрнутом виде:
В случае отсутствия данных, необходимых для построения регрессионной модели, можно осуществить прогнозирование упрощённо при помощи линейной функции на основе нормативных данных:
T – момент времени последнего обследования конструктивного элемента,
T d – фактический физический износ в момент времени T , Tn – нормативный срок эксплуатации, D – экспертная оценка износа конструктивного элемента к концу нормативного срока эксплуатации.
Физический износ здания в целом вычисляется как средневзвешенное значение физических износов составляющих его конструктивных элементов:
Yз – физический износ здания,
y i – физический износ отдельной конструкции,
l i– коэффициент, соответствующий доле восстановительной стоимости отдельной конструкции в общей восстановительной стоимости здания,
N – число отдельных конструктивных элементов здания.
Список литературы:
