CC BY
52
Экспертиза и оценка объектов недвижимости
УДК 69.05(07)
НАДЕЖНОСТЬ МОНТАЖА ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ ПО ПАРАМЕТРАМ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
А.Х. Байбурин
RELIABILITY OF ASSAMBLING OF BEARING-WALL STRUCTURES BY THE PRODUCT QUALITY FACTORS
A.K. Bayburin
Предложена методика оценки надежности монтажа панельных зданий по параметрам качества продукции, основанная на вероятностном критерии отказа платформенных стыков опирания сборных элементов и показателе их несущей способности. Приведены результаты производственной апробации методики.
Ключевые слова: несущая способность, оценка качества, панельное здание, стык.
The evaluation method of reliability of assembling of bearing-wall structures by the product quality factors based on probability criterion of failure of platform stop joints of prefabricated elementsand load bearing characteristic is given. The results of industrial testing of the method are shown.
Keywords: load bearing capacity, assessment quality, bearing-wall building, joint.
Надежность функционирования технологической системы строительно-монтажных работ рассматривают по срокам, затратам, параметрам качества продукции. При этом наибольшее развитие получила методология организационной надежности (по срокам). Методы обеспечения технологической надежности по параметрам качества продукции разработаны в меньшей степени. Среди показателей технологической надежности рассматривают, главным образом, показатели точности процессов. Вместе с тем современная нормативно-правовая база строительства требует установления новых критериев надежности работ, основанных на методологии риска и анализе безопасности возводимых конструкций.
В стеновой несущей системе панельных зданий платформенный стык опирания сборных элементов является основным узлом, определяющим несущую способность и безопасность конструкций [1, 2]. Поэтому для оценки надежности монтажа панельных зданий предлагается использовать показатель несущей способности платформенного стыка
Rc - Rbwt
І -
( 2 - tmlbm ) tmlbm
\
І + 2 Rm/B„
bpl -$ pl X t Y pl n pi,
(І)
где Яьк - прочность бетона стены при сжатии; г - толщина стены; 1т - толщина растворного шва; Ят - кубиковая прочность раствора; В№ - класс по прочности на сжатие бетона сборного элемента стены; Ьт - ширина растворного шва; Ър{ -суммарная ширина платформенных площадок; 5р - суммарное смещение в платформенном стыке плит перекрытий; тр - коэффициент, учитывающий неравномерность загружения платформенных площадок; Пр - коэффициент, учитывающий соотношения прочностей при сжатии бетона стены и бетона опорных участков плит перекрытий.
Зависимость (1) количественно выражает влияние прочностных и геометрических параметров, погрешностей устройства растворных швов и допущенных отклонений положения элементов на несущую способность платформенного стыка.
Для того чтобы исключить влияние конструктивных особенностей узлов панельных зданий различных серий, введем относительный показатель прочности стыков
Кк = яс/яспр , (2)
где Яс, Кр - значения фактической и проектной
несущей способности.
С целью апробации методики были проведены производственные исследования надежности возведения 10-этажных жилых панельных зданий:
X
о
си
. 70 1 [го -7П
, 160
Рис. 1. Платформенные стыки опирания панелей дома 97 серии
шести домов серии 97 и трех домов серии 121 [3]. Конструкция платформенных стыков опирания панелей наружных (НС) и внутренних стен (ВС) дома 97 серии изображена на рис. 1.
Определение необходимого объема контролируемой выборки для каждого исследуемого здания производилось по формуле
п = (*1-*Уя/8 ) , (3)
где г1-а - квантиль г-распределения уровня доверия 1-а; Ук - вариация прочности стыков; 8 - относительная погрешность.
Минимальный объем выборки при г0,95 = 1,645, погрешности 8 = 0,10 и возможной вариации прочности Ук = 0,30 равен 25. Объем выборки для каждого здания был принят равным 30.
Соответствующие объединенные выборки для шести домов серии 97 и трех домов серии 121 принимались равными 180 и 90. Принятые выборки обеспечили высокую точность оценки расчетной прочности стыков 8 = 2,3-3,3 % при доверительной вероятности 0,95 и фактической вариации прочности.
Гистограммы распределений относительного показателя несущей способности платформенных стыков Кя приведены на рис. 2.
Анализ полученных результатов показал:
1) аппроксимирующие распределения Кя близки к нормальным;
2) средние значения Кк меньше единицы и варьируются в пределах 0,821-0,914, что свидетельствует о низкой обеспеченности несущей способности стыков по сравнению со средним проектным значением;
3) проектные стандартные отклонения, определенные при нормативных значениях отклоне-
ний, равны 0,116 для стыков НС и 0,086 для стыков ВС и меньше наблюдаемых.
Оценка нормальности распределения значений Кя производилась по асимметрии (мере скошенности) и эксцессу (мере островершинности), а также их стандартным ошибкам (см. таблицу). Из полученных результатов следует, что асимметрия близка к нулю, а величины асимметрии и эксцесса лежат в пределах своих двукратных стандартных ошибок. Это дает основание предполагать нормальность изучаемых распределений. Результаты оценки аппроксимации нормальным законом распределения по критериями Колмогорова и Пирсона подтверждают гипотезу о нормальности распределений, так как вероятность аппроксимации р(%2) значительно больше нуля.
Предельно допустимая величина показателя
качества устройства стыка Крассчитывалась при неблагоприятном сочетании предельных нормативных отклонений [4]: от осей панелей стен -8 мм; от вертикали панелей стен - 10 мм; от симметричности опирания плит перекрытий - 6 мм; толщины панелей стен - ±5 мм; толщины растворных швов - ±5 мм.
С учетом нормативных отклонений площадки опирания в платформенных стыках серии 97 могут уменьшиться с 90 до 60 мм в стыке НС и со 140 до 110 мм в стыке ВС. Расчетные предельные значения показателя К^т, определенные с учетом неблагоприятных нормативных отклонений, равны 0,655 для стыков НС и 0,745 для стыков ВС.
При наблюдаемых распределениях (см. рис. 2) вероятность того, что значения показателя качества стыков наружных стен не будут меньше предельного значения К^т =0,655, равна для 97-й се-
Экспертиза и оценка объектов недвижимости
5І
н
о
н
с§
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
Показатель прочности стыков НС сер. 97, КЯ
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Показатель прочности стыков ВС сер. 97, КЯ
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Показатель прочности стыков НС сер. 121, КЯ
<3
н
о
н
й
Показатель почности стыков ВС сер. 121, Кк
Рис. 2. Гистограммы распределений относительного показателя прочности платформенных стыков (в скобках указаны параметры нормального распределения: среднее значение и стандартное отклонение)
Результаты аппроксимации кривых нормального распределения относительного показателя прочности стыков
)
Серия дома (вид стыка) Критерии нормальности Оценка аппроксимации
асимметрия ± ошибка эксцесс ± ошибка критерий Колмогорова критерий Пирсона X2 Р(%2)
97 (НС) 0,082± 0,181 -0,023± 0,360 0,045 4,997 0,931
97 (ВС) 0,005± 0,181 0,001± 0,360 0,035 0,850 0,838
121 (НС) 0,015± 0,254 0,156± 0,503 0,059 4,322 0,932
121 (ВС) 0,029± 0,254 -0,427± 0,503 0,051 0,607 0,738
рии - 0,8768, для серии 121 - 0,8089. В случае если снижения прочности стыков не произойдет (КЯ = 1), указанная вероятность при наблюдаемой дисперсии составит для 97-й серии - 0,9660, для серии 121 - 0,9653. При проектных условиях расчета стандартное отклонение прочности стыков равно 0,116, а обеспеченность по отношению к К1™ составляет 0,9985.
Вероятность того, что значения показателя качества стыков внутренних стен не будут меньше предельного значения КЯт = 0,745, равна для 97-й серии - 0,8914, для серии 121 - 0,8340. В случае если снижения прочности стыков не произойдет (КЯ = 1), указанная вероятность при наблюдаемой дисперсии составит для 97-й серии - 0,9686, для
серии 121 - 0,9733. При проектных условиях расчета стандартное отклонение прочности стыков равно 0,086, а обеспеченность по отношению к К]|т составляет 0,9985.
Обоснование оценочных (базовых) значений снижения несущей способности и уровня безотказности стыков производилось путем расчетного анализа запасов, заложенных в нормы проектирования конструкций. Запас по нормативному сопротивлению материала
Я
*1 =
1
Я
Ъп
1 - и1-аУЯ
(4)
где Яь , Яьп - соответственно среднее и нормативное значения сопротивления материала; и1-а -квантиль функции стандартного нормального рас-
Байбурин А.Х.
пределения уровня 1-а; УЯ - коэффициент вариации Яь.
Запас по расчетному сопротивлению Яь определялся с учетом нормативных значений коэффициента надежности по материалу ут:
Ут
к2 = Я =
ЯЬ 1- и1-аУя
= 1тк1■
(5)
Для бетонных конструкций в нормах проектирования принят средний коэффициент вариации для прочности на сжатие КЯ=0,135, квантиль и1-а = 1,645 (при а = 0,05 и обеспеченности нормативного сопротивления 0,95) и ут = 1,3. Исходя из этого, запас по нормативному сопротивлению будет равен к1 = 1/(1 -и1-а¥Я ) = 1/(1 -1,64 • 0,135) = 1,28, а запас по расчетному сопротивлению бетона к2 = !т к1 = 1,3 • 1,28 = 1,66. Таким образом, исчерпание запаса 1,28, что соответствует снижению прочности примерно на 20 %, можно принять за базовое значение снижения показателя относительной несущей способности (границу работоспособности). Исчерпание запаса 1,66 и соответствующее снижение прочности на 40 % следует считать предельным снижением несущей способности (аварийным состоянием конструкции).
Найдем обеспеченность расчетного сопротивления бетона на сжатие по требованиям нормативных документов [5]. Расчетная прочность связана со средней (марочной) прочностью отношением
ЯЬ = ЯЬ (1 - и1-а^Я )Дт . (6)
Вероятность того, что величина средней прочности окажется больше расчетного значения:
Рг(Яь > Яь)= 1 -Ф
Г Яь - Яь Л
ЯьГК
(7)
где Ф - функция стандартного нормального распределения, определяемая по математической таблице. С учетом (6) искомая вероятность
Рг = 1-Ф 1 -и1-а^Я ~1т
= 1 -Ф
Ут^Я 1 -1,645 • 0,135-1,3
1,3 • 0,135 = 1 -Ф(-2,97 ) = 0,9985.
Найденную величину обеспеченности примем в качестве минимальной, гарантирующей безаварийное состояние стыков панельных зданий. Сравнение полученной величины с ранее рассчитанными вероятностями обеспечения требуемого
показателя качества Рг{кя > кЯт} показало:
1) фактические погрешности монтажа домов
обеспечивают выполнение условия КЯ > К
11т
вероятностью 0,8089-0,9733, что меньше требуемой обеспеченности 0,9985; при этом вероятность отказа (риск аварии) увеличивается в 18-127 раз;
2) при наблюдаемой дисперсии несущей способности стыков, даже если снижения прочности стыков не произойдет (КЯ = 1), указанная вероятность не достигает требуемой величины, то есть наблюдается большой разброс показателя КЯ.
Установлено также снижение относительной несущей способности стыков 97 серии до 0,8740,914, 121 серии - до 0,821-0,873, то есть не более чем на 20 %.
Для обеспечения безопасности стыков по показателю их несущей способности необходимо повысить точность монтажа как по условию снижения систематических отклонений КЯ от средних значений, так и по условию уменьшения влияния случайных отклонений. Повысить точность монтажа возможно следующими способами: перейти от свободного метода монтажа к ограниченно свободному; повысить точность геодезической разбивки и выверки; ввести сплошной контроль качества стыков.
Заключение
В качестве комплексного показателя надежности монтажа панельных зданий по параметрам качества продукции предлагается принять приведенное сопротивление сжатию платформенного стыка, выражаемое функционалом (1). Относительное значение этого показателя КЯ выражает снижение несущей способности стыка при допущенных дефектах, фиксируемых при статистическом контроле качества. Доказано, что случайные значения показателя КЯ распределены нормально. Обоснованы предельные значения указанного показателя и требуемая обеспеченность его случайных значений. Использование предложенного подхода позволяет оценить надежность монтажа и безопасность стыков панельных зданий в соответствии с требованиями технического регламента «О безопасности зданий и сооружений».
Литература
1. Пособие по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). - М.: Стройиздат, 1989. - 304 с.
2. Шапиро, Г.А. Оценка качества изделий и монтажа крупнопанельных зданий по результатам прочностных натурных испытаний /Г.А. Шапиро, Б.В. Сендеров, М.Я. Фрайнт. - М.: Стройиздат, 1976. - 97 с.
3. Байбурин, А.Х. Качество и безопасность строительных технологий: моногр. / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 453 с.
4. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 192 с.
5. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. - М., 2004.
Поступила в редакцию 22 ноября 2010 г.
