CC BY
19
УДК 624.15
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАМБОДЖЕ ОПЫТА МОНИТОРИНГА СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ РФ
© 2011 г. Э.А. Таржиманов, М.А. Таржиманов, Хо Чантха
Ростовский государственный строительный Rostov State Civil Engineering
университет University
Рассматривается задача проведения мониторинга системы основание — сооружение для оценки текущего технического состояния конструкций. Показана актуальность вопроса и уровень его изученности в РФ. На примере жилого дома в Камбожде показаны возможности разрабатываемой на кафедре ИГОФ РГСУметодики.
Ключевые слова: мониторинг строительных конструкций; техническое состояние конструкций; повышенный уровень ответственности; геодезические наблюдения; отклонение от проектного положения; эксплуатационная безопасность.
We consider the problem of monitoring the system basement-building to assess the current technical condition of structures. The urgency of the issue and its level of scrutiny in Russia. On the example of a residential building in Cambodia shows the possibility of being developed at the Department of IGOF RSCU techniques.
Keywords: monitoring building structures; technical condition of structures; elevated levels of responsibility; geodetic observations; deviation from the design position; operational safety.
В последние годы в РФ наблюдается общая тенденция в сторону повышения сложности архитектурных замыслов при строительстве объектов социально-культурного назначения, жилых домов повышенной комфортности и пр. Одновременно общий подъем экономики в стране вызвал системное строительство взамен устаревших и уже изношенных предприятий новых сооружений энергетической, атомной, тяжелой промышленности, удовлетворяющих современным технологическим требованиям. Все их «Технический регламент безопасности зданий и сооружений» относит к объектам повышенной ответственности, к которым предъявляются самые высокие требования безопасности и надежности при эксплуатации.
Произошедшие за последние годы аварии на современных объектах, повлекшие за собой многочисленные человеческие жертвы, привлекли к этой проблеме профильные федеральные и региональные ведомства, например, МЧС РФ. Анализ результатов работы комиссий, расследовавших причины аварий, как правило, свидетельствует о наложении многих факторов, каждый из которых в отдельности не мог стать причиной аварии: недостаточный учет опасных процессов при
изысканиях на площадке строительства, заложенные в проекте ошибки, отклонения при производстве работ, использование некачественных строительных материалов, нарушение условий эксплуатации.
Понимание многофакторности задачи обеспечения эксплуатационной надежности зданий и сооружений, а особенно повышенной ответственности повлекло разработку на различных уровнях большого количества пересекающихся нормативных документов, посвященных техническому мониторингу зданий и сооружений. В нормативную литературу были введены новые понятия: структурированные системы мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (СМИС), научно-техническое сопровождение строительства (НТСС), автоматизированная система (станция) мониторинга технического состояния несущих конструкций, динамический мониторинг и проч. [1—3, 7]. Однако большинство из этих документов не были согласованы между собой и не доведены до пригодного к практическому применению состояния, а лишь могут служить законодательной и теоретической базой при реализации контроля физического состояния отдельных зданий и сооружений.
Немногочисленные выполняемые практические работы носят внедренческий и экспериментальный характер [4—6, 8]. Подобные затруднения возникли объективно ввиду нехватки теоретического и экспериментального опыта решения этой новой задачи.
На кафедре ИГОФ РГСУ проводится работа по разработке методики мониторинга зданий и сооружений с целью предупреждения возможных аварий и нарушений в нормальной эксплуатации зданий и сооружений. В основу методики предлагается положить феноменологический подход к каждому объекту, при этом для полноценной и достоверной оценки технического состояния грунтов основания и конструкций системы необходимо определить основные влияющие параметры. Кроме того, для предотвращения снижения эксплуатационных характеристик возникает задача установления признаков или их сочетаний, характеризующих допредельное состояние строительных конструкций зданий и сооружений и указывающих на возможное отклонение от заданного проектом состояния.
В сериях численных и натурных экспериментов предполагается выработать технические условия по количеству и типу датчиков, их размещению в конструкциях и грунтах основания, позволяющих выполнять оценку состояния зданий в реальном масштабе времени и принимать решения по восстановлению надежности системы в случае неблагоприятного развития ситуации. При этом необходимо отметить возможность воздействий на систему статических и динамических нагрузок, проявление материалами конструкций и грунтов реологических свойств и пр. Предлагаемый феноменологический подход позволяет привести все факторы к единому знаменателю, отражающему текущее техническое состояние системы.
Интегрирование в конструкции и грунты основания объекта системы контроля технического состояния выполняется на этапах проектирования, возведения и эксплуатации объекта. Масштаб и полнота контроля определяются ответственностью наблюдений. На этапе возведения и сдачи в эксплуатацию возможно тестовое воздействие в целях мониторинга динамических характеристик в реальном масштабе времени и выявления «слабых мест» системы, по результатам которого возможна корректировка проекта на основе полученных данных. Кроме того, на этапе строительства необходим монтаж системы датчиков и каналов передачи данных, которые возможно включить в передовую технологию, часто называемую «Умный дом» и совместить с управлением инженерными системами, поддерживающими необходимые параметры, например микроклимат. Непрерывный сбор информации открывает возможность прогно-
за НДС с использованием созданной системы в интервале времени «от заднего числа» до настоящего времени и оценки достоверности выводов системы. Накопление данных на этапах возведения и эксплуатации в процессе мониторинга позволяет говорить о переходе на другой информационный уровень при создании и содержании объекта, чему в немалой степени способствует прогрессирующее развитие современных цифровых технологий. Математическая модель здания и накопленный подобным образом фактический материал при эксплуатации здания формируют его информационную модель [4, 8].
Апробация методики, разрабатываемой на кафедре ИГОФ РГСУ осуществляется, в частности, на примере высотного дома в г. Пномпень (Камбоджа). Рассматриваемый 18-этажный жилой дом из монолитного железобетонного каркаса имеет размеры в осях 35 х 36 м и высоту 64,75 м. Ниже отметки 0.000 расположена подземная автостоянка. Конструктивная схема здания представляет собой рамно-связевой ригельный каркас из монолитного железобетона. Основными вертикальными несущими конструкциями являются диафрагмы жесткости и колонны. Пространственная жесткость и геометрическая неизменяемость здания обеспечиваются совместной работой колонн и диафрагм жесткости с фундаментной плитой и плитами перекрытий и покрытия, с которыми они соединены жестко.
Здание с шагом колонн 6 х 8 м, 6 х 4 м, 6 х 4,5 м, 6х 3 м, 4х 8 м, 4х 4 м, 4х 3 м, 4х 4,5 м, 3х 8 м, 3 х 4 м, 3 х 4,5 м, 3 х 3 м, высотой этажа в подземной части здания 3,4 м, в надземной части — высотой 3,6 м имеет колонны сечением 400 х 400— 1000 х 1000 мм, монолитные перекрытия из бетона класса В25 толщиной до 200 мм и арматуры ЛШ, диафрагмы жесткости из бетона класса В25 толщиной до 200 мм и арматура ЛШ.
Под высотной частью здания запроектирован столбчатый плитный фундамент на естественном основании с толщиной плиты 1350 мм из бетона класса В25 и арматуры ЛШ с глубиной заложения подошвы — 5,4 м (рис. 1). Подземная часть здания представлена пространственной конструкцией, включающей в себя фундаментную плиту и плиту перекрытия над подвалом, объединенных между собой монолитными железобетонными стенами, диафрагмами жесткости и колоннами.
Исследование свойств грунтов производилось на основе американского стандарта ASTM. Полевые работы включали бурение трех геологических скважин с проведением испытаний статическим зондированием по стандарту БРТ через каждые 1,5 м по глубине для 27-метровых скважин и через 1 м для 25-метровых скважин. После этого проводились лабораторные испытания отобран-
ных образцов. По результатам лабораторных определений данных полевых испытаний БРТ были получены физико-механические характеристики грунтов основания под зданием (рис. 2).
Рис. 1. План фундаментов
Расчет каркаса здания, выполненный по нормам проектирования «СНиП 2.01.07-85* с изменением № 2» и анализ результатов проводился при помощи разработанного в НИИАСС г. Киева программного комплекса «ЛИРА- Windows», версии 9.6 r4. Расчетная модель представляет собой пространственную пластинчато-стержневую систему со следующими параметрами. Количество элементов 171459 шт., количество узлов — 154706 шт., количество элементов — 171459 шт., порядок системы уравнений 663434, количество загружений — 7, размер сетки пластинчатых КЭ — около 0,5 х 0,5 м.
Проведенные расчеты показывают несоблюдение условий проверки по несущей способности основания. Так, действующее среднее давление по подошве фундаментов колеблется в диапазоне 250—310 кПа, хотя расчетное сопротивление подстилающего фундамент слоя— текучей супеси составляет 180—190 кПа (рис. 3).
Использование опыта проектирования в РФ указало бы авторам проекта на необходимость устройства свайного фундамента с передачей нагрузок на грунты со значительно лучшими строительными свойствами. Как следствие допущенной ошибки, уже на этапе строительства жилого дома начало наблюдаться активное нарастание деформаций основания.
Рис. 2. Описание инженерно-геологических условий площадки
ГЬсшянс Иопшякгр>
ВИИЫИМ^
ё ё ё(Мё ё ё
Рис 3. НДС системы в проектном положении
Через некоторое время после окончания строительства было начато инструментальное геодезическое наблюдение за осадками и отклонениями от вертикали здания. Осадочные марки были расположены в уровне цоколя
здания, а отклонения от вертикали замеряли по верху здания. Результаты проведенных измерений показали, что здание получило сложное распределение деформаций, фактически «закрутившее» его (рис. 4).
Рис. 4. Результаты геодезических наблюдений: а — эпюра вертикальных перемещений, см; б — распределение перемещений в плане по верху здания
i 6 ё ёёёё ё ё
Рис. 5. Текущее НДС системы
Для определения текущего состояния конструкции была использована разработанная на стадии расчета конструкции математическая модель, в которую были введены фактические значения перемещений в несущих элементах каркаса. В результате дополнительного расчета НДС системы основание — сооружение модифицировалось. Произошло перераспределение внутренних усилий в колоннах и плитах перекрытий. Наиболее сильное перераспределение — до 40 % произошло в колоннах подвального этажа, часть из которых оказалась перенапряжена (см. рис 5).
Полученное НДС отражает текущее состояние элементов системы и может служить основой для разработки проекта усиления перенапряженных конструкций. Для подтверждения достоверности полученных данных необходимо продолжение наблюдений за системой и по мере накопления фактических материалов выполнять проверку получаемых выводов «от заднего числа».
Литература 1. МГСН 4.19—2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных
Поступила в редакцию
зданий и зданий комплексов в городе Москве. Введ. 2005-28-12 / Правительство Москвы. М., 2005.
2. МРДС 02-08. Пособие по научно-техническому сопровождению и мониторингу строящихся зданий и сооружений, в том числе большепролетных, высотных и уникальных. Введ. 01.11.2007 г. / ГУП «НИИ-Мосстрой». М., 2007.
3. РБ-045-08. Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии. Введ. 01.01.2009 г. Руководство по безопасности. М., 2008.
4. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм X. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. С. 19. URL: www. georec. spb. ru
5. Геодезический мониторинг деформаций зданий и сооружений. URL: http: //www.geofundament.ru/ geodesymonit.html
6. Геотехнический мониторинг. URL: http: // www.geofundament.ru/geodesymonit.html
7. Еврокод ЕС7.
8. Оборудование для мониторинга строительных конструкций. URL: http://www. gpiko. ru/geotech/MonSK.
30 ноября 2010 г.
Таржиманов Эдгар Альбертович — канд. техн. наук, доцент, Ростовский государственный строительный университет. Тел. (863) 2299808. E-mail: [email protected]
Таржиманов Марат Альбертович — аспирант, Ростовский государственный строительный университет. Тел. (863) 2793814.
Хо Чантха — аспирант, Ростовский государственный строительный университет. Тел. 8(908)502-74-73. E-mail: [email protected]
Tarzhimanov Edgar Albertovich — Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Rostov State Civil Engineering University. Tel. (863) 2299808. E-mail: [email protected]
Tarzhimanov Marat Albertovich — post-graduate student, Rostov State Civil Engineering University. Tel. (863) 2793814.
Ho Chantha — post-graduate student, Rostov State Civil Engineering University. Tel. 8(908)502-74-73. E-mail: [email protected]
