CC BY
37
строительные материалы и конструкции
К вопросу влияния климатических условий района строительства на долговечность наружных ограждающих конструкций зданий
Т.ф. Ельчищева, С.Н. Дудник, М.М. Ельчищев
Строительство жилых зданий является актуальной задачей практически для каждого города. В связи с острым дефицитом в городах свободных территорий, наиболее перспективными для застройки являются жилые здания высотой 5 и более этажей. В соответствии с [5] такие здания проектируются следующих классов по капитальности и огнестойкости:
I — с любым количеством этажей, II — высотой не более 9 этажей и III — высотой не более 5 этажей. Известно, что класс здания определяется степенью долговечности и огнестойкости основных конструкций, и для зданий I класса долговечность наружных ограждающих конструкций принимается не ниже I степени (срок службы не менее 100 лет), для зданий II и III классов — не ниже II степени (срок службы не менее 50 лет) [5].
Долговечность может иметь сравнительное или фактическое значения в соответствии с [5]. Сравнительная долговечность представляет собой продолжительность первого, доремонтного, периода эксплуатации ремонтируемой ограждающей конструкции или ее элемента (защитного слоя и т.п.), а также неремонтируемой конструкции или ее неремон-тируемой части (простенка), она должна быть не ниже нормативной периодичности капитальных ремонтов, различающейся для зданий с наружными ограждающими конструкциями из разных стеновых материалов. Фактическая долговечность должна быть не ниже требуемой степени долговечности для жилых зданий в соответствии с их классами.
Проблеме долговечности посвящена обширная монография доктора технических наук, профессора С.В. Александровского (НИИСФ), обобщающая его работы по теории долговечности наружных ограждающих конструкций [1]. Автор указывает на необходимость привлечения внимания к проблеме долговечности зданий, эксплуатирующихся не только в суровых климатических условиях, но, даже в большей степени, в районах, характеризующихся частыми периодическими оттепелями и заморозками без сильного снижения температуры наружного воздуха.
Указанные климатические условия характерны для Центрально-Черноземного региона, объединяющего Тамбовскую, Брянскую, Липецкую, Орловскую, Курскую, Воронежскую и Белгородскую области со сходными температурными режимами. Поэтому весьма актуально прогнозирование долговечности, по-
зволяющее выявить и принять еще на стадии проектирования наиболее долговечные наружные ограждающие конструкции зданий с учетом температурно-влажностного режима района строительства.
Срок службы зданий, составляющий от 50 до 100 лет, предполагает для прогнозирования долговечности наружных ограждающих конструкций углубленное изучение климата района строительства с помощью анализа многолетней климатической информации, в частности, периодов, когда наблюдаются периодические заморозки и оттепели. Известно, что наибольшую опасность для наружных стен зданий представляет попеременное замораживание и оттаивание, во время которых происходит переход температуры в зоне стенового ограждения через «ноль». Порядок расчета долговечности наружных ограждающих конструкций изложен в [9], где для инженерных расчетов рекомендуется принимать следующие характеристики температуры наружного воздуха:
1. среднюю месячную температуру воздуха / , °С;
2. среднюю амплитуду Ас, °С суточных колебаний температуры воздуха по месяцам;
3. среднюю суточную температуру воздуха / , °С за каждый день месяца за период не менее 10 лет.
Первые две характеристики принимают в соответствии с [6; 7]. Наибольшую трудность представляет определение третьей характеристики. Раньше ее можно было вычислить по данным Метеорологических ежемесячников. Однако уже около 20 лет Метеорологические ежемесячники не публикуются и необходимые данные доступны узкому кругу специа-листов-метеорологов. В настоящее время для получения данных по / необходимо произвести накопление и обработку значительного количества информации за десятилетний период: о «срочных» наблюдениях температуры за сутки за восемь сроков наблюдения (29216 значений); средних суточных температурах за каждый день года (около 3652 значения).
В соответствии с полученными результатами строятся: график годового хода средних месячных температур и график средней суточной температуры воздуха в каждый день летне-осеннего (л-о) и зимневесеннего (з-в) периодов года. За периоды л-о и з-в принимаются участки средней месячной температуры воздуха с устойчивыми периодическими изменениями средней суточной температуры с последующим пе-
648 3 2010
строительные материалы и конструкции
ресечением графика годового хода средних месячных температур.
Для выявления разброса данных за различные периоды наблюдений представляло интерес на примере г. Тамбова провести определение и сравнение средних многолетних дат первого заморозка, приходящегося на л-о период, и последнего заморозка, приходящегося на з-в период. Сравнивали следующие даты заморозков.
1. Средние многолетние данные за период с 1891 по 1980 гг. (полные 9 десятилетий наблюдений) [4].
2. Средние многолетние данные за каждое десятилетие за период наблюдений с 1927 по 2005 гг. (8 десятилетий наблюдений).
3. Средние многолетние данные за период с 1927 до 2008 г. (полные 8 десятилетий + 2 года наблюдений).
4. Данные за период 1998—2007 гг.
(10 лет наблюдений) по ежедневным наблюдениям Тамбовского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (таблица 1).
Для построения диаграммы дат первого и последнего заморозков было проведено осреднение метеорологических данных за отдельные годы, представленных в [3; 8], а также данных по смежным десятилетиям (рисунок 1).
Интервал времени между датами первого и последнего заморозков представлял собой продолжительность безморозного периода, осредненную для рассматриваемого десятилетия.
Сравнение дат первого и последнего заморозков за различные периоды времени показало, что за последние 80 лет заморозки в летне-осенний период на 1—2 дня раньше начинаются, а в зимне-весенний период на 5—7 дней раньше прекращаются, чем за период 1891 — 1980 гг. Напротив, за последнее десятилетие 1998—2007 гг. последний весенний заморозок в среднем отмечался на 8 дней позже, чем
Десятилетия, годы
Рисунок 1. Даты первого и последнего заморозков по смежным десятилетиям в г. Тамбове (период 1927—2008 гг.
1 — первый заморозок; 2 — последний заморозок
за период 1891 — 1980 гг., и на 15 дней позже, чем за период 1927—2008 гг. При этом дата первого осеннего заморозка практически не менялась.
В соответствии с рекомендациями, изложенными в [2], были определены базовые показатели климатической информации для г. Тамбова. К ним относятся: средние даты заморозков х, средние квадратичные отклонения О , коэффициенты асимметрии
А
и корреляции г и некоторые другие статисти-
Период времени, годы Заморозки Литературный источник
первый последний
1 1891-1980 7 октября 30 апреля [4]
2 1927-2005 4 октября 25 апреля [3; 8], данные
3 1927-2008 6 октября 23 апреля [3; 8], данные
4 1998-2007 7 октября 8 мая данные
Таблица 1. Средние многолетние даты заморозков в г. Тамбове
ческие характеристики (таблица 2).
Вычисленная статистическая характеристика «уровень надежности» позволила найти доверительный интервал
(х — ^, х + ^), представляющий собой период времени, на который с заданной надежностью 95% попадает день первого (или последнего) заморозка.
По данным [1] о средних ежедневных температурах за десятилетний период 19982007 гг. было проведено их осреднение за каждый день месяца указанного периода. На основании полученных данных построены графики среднесуточных и среднемесячных (по данным [7]) температур (рисунки 2, 3) на з-в и л-о периодах года.
С помощью полученных графиков определили продолжительность з-в и л-о периодов по методике [9]. Периоду з-в со-
3 2010 649
А
строительные материалы и конструкции
Статистическая характеристика Заморозки за период
1927-2005 гг. 1927-2008 гг. 1998-2007 гг.
последний первый последний первый последний первый
Средняя дата заморозка 25 апреля 4 октября 23 апреля 6 октября 8 мая 7 октября
Стандартная ошибка 3,63 0,88 4,05 2,08 5,18 4,1 1
Медиана 25 апреля 4 октября 24 апреля 5 октября 11 мая 5 октября
Мода 24 апреля 6 октября 24 апреля 6 октября 15 мая -
Стандартное отклонение 10 дней 2 дней 12 дней 6 дней 16 дней 13 дней
Дисперсия выборки 105,1 7 147,6 39,1 268,0 169,2
Эксцесс 0,57 3,15 -0,70 5,26 0,04 -1,12
Асимметричность -0,81 -1,51 -0,61 1,91 -0,058 -0,07
Самая ранняя дата заморозка 6 апреля 28 сентября 3 апреля 28 сентября 6 апреля 17 сентября
Самая поздняя дата заморозка 7 мая 7 октября 7 мая 21 октября 31 мая 26 октября
Число членов ряда 8 9 10
Уровень надежности £, (при надежности 95 %) 9 дней 2 дней 9 дней 5 дней 12 дней 9 дней
Границы доверительного интервала (16 апреля, 4 мая) (2 октября, 06 октября) (14 апреля, 2 мая) (01 октября, 11 октября) (26 апреля, 20 мая) (28 сентября, 16 октября)
Коэффициент корреляции -0,103 -0,591 0,334
Таблица 2. Итоговая статистика определения дат первого и последнего заморозков в г. Тамбове за периоды 1927—2005 гг., 1927-2008 гг. и 1998-2007 гг.
ответствует отрезок времени со 2 февраля по 15 марта, периоду л-о — период времени с 12 октября по 27 декабря.
В результате проведенного исследования было установлено следующее.
1. Средние многолетние даты наступления первого и последнего заморозков за различные периоды времени для Тамбовской области могут отличаться на 8—15 дней. Это необходимо учитывать при прогнозировании долговечности ограждающих конструкций зданий, нормативный срок эксплуатации которых составляет 50—100 лет.
2. Для Тамбовской области, с помощью построенных графиков годового хода среднемесячных и среднесуточных температур, определили продолжительность летне-осеннего и зимне-весеннего периодов для расчета долговечности наружных ограждающих конструкций.
650 3 2010
15
15.01 25.01 4.02 14.02 24.02 5.03 15.03 25.03 4.04 14.04
Дни месяцев зимне-весеннего периода
Рисунок 2. Годовой доход среднемесячных (среднее многолетнее за период 1891-1990 гг. и среднесуточных (за период 1998-2007 гг.) температур воздуха
1 — годовой доход среднесуточных температур t ; 2 — годовой доход среднемесячных температур ^; 3 — значения ^м
строительные материалы и конструкции
Дни месяцев летне-осеннего периода
Рисунок 3. Годовой доход среднемесячных (среднее многолетнее за период 1891-1990 гг. и среднесуточных (за период 1998-2007 гг.) температур воздуха летне-осеннего перида
Условные обозначения см. на рисунке 2
3. Необходимо проведение дальнейших исследований климатических данных по областям, входящим в Центральное Черноземье, для полного анализа влияющих климатических факторов и выработки решений и рекомендаций по проектированию и расчету долговечности наружных ограждающих конструкций зданий.
Литература
1. Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. М., 2004. 332 с.
2. Кобышева Н.В., Акентьева Е.М., Богданова Э.Г., Карпенко В.Н., Клюева М.В., Липовская В.И., Лугина К.М., Разова Е.Н., Семенов Ю.А., Сталик В.В., Хайруллин К.Ш. Климат России / Ред. Н.В. Кобышева. СПб: Гидрометеоиздат, 2001. 654 с.
3. Климатологический справочник СССР. Вып. 28: Брянская, Орловская, Курская, Воронежская и Тамбовская области: Метеорологические данные за отдельные годы. Ч. 1 / Ред. вып. П.Б. Шехтман. Л., 1953. 324 с.
4. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3: Многолетние данные. Ч. 1—6, Вып. 28: Калужская, Тульская, Тамбовская, Брянская, Липецкая, Орловская, Курская, Воронежская, Белгородская области. Л., 1990. 366 с.
5. РСН 58-86. Рекомендации по проектированию наружных стен панельных жилых зданий для северной строительно-климатической зоны / Л.: Госграж-данстрой, 1986.
6. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 1983.
7. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 2000.
8. Справочник по климату СССР. Вып. 28: Там-
бовская, Брянская, Липецкая, Орловская, Курская, Воронежская и Белгородская области. Данные за отдельные годы. Ч. 1: Температура воздуха. Курск, 1970. 267 с.
9. Справочное пособие к СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика». М.: Стройиздат, 1987.
К вопросу влияния климатических условий района строительства на долговечность наружных ограждающих конструкций зданий
Дано представление о проблеме, возникающей при расчете долговечности наружных ограждающих конструкций зданий, эксплуатирующихся в Центральночерноземном регионе, характеризующемся частыми периодическими оттепелями и заморозками. Определены средние многолетние даты первого и последнего заморозков в г. Тамбове для ряда временных периодов и их статистические характеристики. Определена продолжительность зимне-весеннего и летне-осеннего периодов для расчета долговечности наружных ограждающих конструкций.
Influence of building area environmental conditions on durability of building external protecting designs
by T.F. Elchishcheva, S.N. Dudnik, M.M. Elchishchev
The paper studies a problem of durability calculation of buildings external protecting designs maintained in the Central Chernozem region which is characterized by frequent periodic thaw and frosts.
Average long-term dates of first and last frosts in Tambov for a number of time periods and their statistical characteristics are determined. Duration of winter-spring and summer-autumn periods for calculation of external protecting designs durability is determined.
Ключевые слова: долговечность, наружные ограждающие конструкции; зимне-весенний и летнеосенний периоды; прогнозирование долговечности; средние многолетние даты заморозков; средняя месячная и средняя суточная температура воздуха.
Key words: durability, external protecting designs, winter-spring and summer-autumn periods, forecasting of durability, average long-term dates of frosts, average monthly and average daily temperature of air.
3 2G1G 651
