ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ЮЖНО-САХАЛИНСКЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Особенности обследования технического состояния зданий и сооружений в Южно-Сахалинске

Лихачев Алексей Александрович,

аспирант кафедры строительные конструкции, здания и сооружения ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения», [email protected]

Усольцева Ольга Александровна,

кандидат технических наук, доцент кафедры строительные конструкции, здания и сооружени,я ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения», [email protected]

В настоящее время собственники зданий и сооружений не всегда владеют достоверной информацией о техническом состоянии объектов. Нередко в обследование технического состояния жилых домов и сооружений попадают внешние границы систем, которые определяют защитные свойства, при этом внутренние части сечений остаются не дообследованными. Для комплексной оценки технического состояния наиболее приемлем экспресс метод, основанный на измерении динамических параметров здания. Представленная разработка применима ко всем актуальным циклам строений, в том числе для объектов, находящихся в эксплуатации. В статье обобщён новый материал по исследуемой теме, а также опыт ознакомления с технологиями измерения динамических параметров здания при оценке технического состояния. В результате определено, что метод контроля изменения жесткости здания путем определения параметров главного тона собственных колебаний должен широко применяться при обследовании строений и сооружений. Материал адресован всем заинтересованным специалистам.

Ключевые слова: динамический мониторинг зданий, декремент колебаний, период колебаний, обследование зданий.

В настоящее время собственники зданий и сооружений не всегда владеют достоверной информацией о техническом состоянии объектов. Анализ текущей ситуации позволяет сделать вывод о том, что при обследовании наибольшее внимание уделяется поверхностным слоям строительных конструкций. Очевидно, что наружные грани поверхностей строительных конструкций несут в большей мере защитные функции. Соответственно расчетные сечения остаются недостаточно обследованиями.

Увеличение объемов жилого фонда находящегося в аварийном или ограничено-работоспособном техническом состоянии в следствии физического и морального износа строений, соответственно формирует ежегодно увеличивающийся, объем обследований зданий и сопутствующих сооружений.

При этом трудоемкость, капиталоемкость и наукоем-кость технологического процесса обследования находится на высоком уровне.

Технологический процесс обследования включает в себя операции по контролю, анализу и оценке установленных проектом или сводами правил параметров конструкций и грунтов основания. Результатом является установление категории технического состояния.

Одними из весомых аспектов при обследовании строений и сооружений принято считать скорость выполнения операций, а также доступность оформления и подачи графической части материалов, поэтому тема, рассматриваемая в статье, актуальна.

В настоящее время в Сахалинской области действует Программа расселения аварийного жилья на 2019-2025 годы, в связи с чем необходимо произвести оценку технического состояния жилых домов в соответствии с нормами действующего законодательства РФ [2], [3], [4] и [5].

Правительство РФ заявило, что в целях помощи строительному сектору в условиях спада из-за корона-вируса программа расселения аварийного жилья в России может быть ускорена. Очевидно, что выполнение поставленных задач потребует дополнительной мобилизации всех ресурсов.

Обследование здания это объемная, длительная процедура, подробно описанная во многих изданиях, в том числе [3], характер износа несущих конструкций и здания в целом выполняется в соответствии с нормативными документами [6].

Очевидно, что для быстрой оценки технического состояния строения и определения его аварийности, то есть состояние здания и сооружения в целом, включая состояние грунтов основания, имеющими повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности и опасности обрушения и (или) характеризующаяся кренами, которые могут вызвать потерю устойчивости объекта важны экспресс методы основанные, в большей степени на информационных технологиях.

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

сч

0 сч

СП

01

о ш Ш X

3

<

m о х

X

Результатом обследования будет создание информационной модели строения. Также будут даны рекомендации по устранению недостатков для последующей безопасной эксплуатации объекта.

В г. Южно-Сахалинске, Сахалинской области обследованию подлежат по большей части жилые дома по типовому проекту 1-464-С 1950-1960 годов постройки.

В данной статье не рассматриваются наиболее «традиционные» пути обследования жилых зданий, который достаточно затратный (для Сахалинской области в сметных ценах 2019 года - 236676 рублей) и длительный (обычно до 15 рабочих дней). При этом большинство специализированный компаний не выполняют определение параметров главного тона собственных колебаний из-за отсутствия специализированного оборудования или необходимых знаний, что является большим нарушением.

Наиболее приемлем экспресс метод, в соответствии с [7], основанный на измерении динамических параметров здания. Метод основан на контроле изменения жесткости здания путем определения параметров главного тона собственных колебаний при помощи приборов многоканальной вибродиагностики с трёх осевым сейсмометром (например ВИБРАН-3.2 версия 1 - диапазон до 10 кГц НПП ИНТЕРПРИБОР) или мобильных систем измерения компании ZETLAB. Определение параметров главного тона собственных колебаний выполняется в соответствии с [8].

Оценка технического состояния по результатам динамических измерений подразумевает использование данных единичных измерений без сравнения с предыдущими. При этом предполагается, что для здания типовой конструкции и высоты (этажности) стандартная величина измеряемого параметра должна быть известна.

Оценить стандартное значение можно воспользовавшись данными, указанными в Приложении Ж [8]:

«для жилых крупнопанельных зданий Т(с) = 0,015Н(м), для кирпичных и крупноблочных зданий Т(с) = 0,018Н(м), для зданий с большими проемами в несущих стенах, например зданий школ Т(с) = 0,021 Н(м), для зданий с железобетонным каркасом и заполнением стен каменной кладкой Т(с) = 0,021Н(м), для зданий с металлическим каркасом и заполнением стен каменной кладкой Т(с) = 0,027Н(м). В соответствии с методикой МЧС выделяется пять степеней повреждений зданий, напрямую связанных с увеличением периода собственных колебаний по сравнению с нормативным: легкая степень повреждения - увеличение периода до 10%, умеренная степень повреждения - увеличение периода до 11-30%, сильная степень повреждения - увеличение периода до 31-60%, тяжелая степень повреждения - увеличение периода до 61-90%, катастрофическая степень повреждения - увеличение периода свыше 91%.»

Программное обеспечение поставляемое в комплекте с прибором ВИБРАН-3.2 версия 1 - диапазон до 10 кГц, в части определения периода основного тона и декремента колебаний, ограничивается возможностью переноса результатов измерений в ПК, их обработка, документирование и экспорт в Excel.

Более привлекательно, в этом отношении, выглядит мобильная система измерений собственной частоты колебаний и логарифмического декремента ZETLAB, в составе которой, поставляется программа SCADA-проект [11]: «Определение периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания (ГОСТ Р 54859-2011)»

ПО производит расчет значений параметров основного тона собственных колебаний зданий и сооружений: периода и логарифмического декремента по трем взаимно перпендикулярным осям в соответствии с государственным стандартом.

Главное окно SCADA-проекта [11]: «Определение параметров основного тона собственных колебаний» содержит четыре страницы: «Спектр», «Результат», «Дополнительно» и «Настройки».

На странице «Настройки» задаются сведения об исследуемом объекте, сведения об исполнителе и заказчике проведения измерений и параметры проведения измерений.

Проект позволяет выбрать диапазон для проведения измерений 3 разными вариантами:

- заданы границы расчёта основного тона из таблицы

— программа по типу здания и количеству этажей подбирает параметры (по ГОСТ);

- заданы границы основного тона по периоду — если конструкция здания не является типовой, но заданы параметры спектра периода собственных колебаний здания;

- заданы границы расчёта основного тона по частоте

— если конструкция здания не является типовой, но известны границы диапазона частоты собственных колебаний здания.

Значения периода определяются косвенно. Процессы колебания здания регистрируются в трех взаимно перпендикулярных осях. Периоды и логарифмические декременты фиксируются отдельно для каждой из трех осей.

Сведения об исследуемом объекте включают в себя:

- адрес объекта;

- назначение объекта.

Параметры проведения измерений:

количество усреднений — размер буфера для усреднения спектров;

- длительность измерения — время накопления данных для расчёта одного спектра (чем больше, тем меньше шума будет в спектре);

- частотное разрешение в диапазоне от 0,01 Гц до 5 Гц — шаг полос по оси частот в

спектре (чем меньше частотное разрешение, тем больше полос);

- доверительная вероятность — выбирается из соответствующего выпадающего списка, исходя из назначения здания;

коэффициент неопределённости — вычисляется по формуле: Кнеопр = длительность измерений * частотное разрешение,

и позволяет определить степень сглаживания шума в спектре (хорошие результаты получаются при значении не менее 1);

- степень сглаживания — вычисляется по формуле: Ксглаж = Кнеопр * количество усреднений, и позволяет определить степень сглаживания шума в спектре при усреднении, для нормальных результатов значение должно быть не менее 1. Для получения отличных результатов степень сглаживания должна быть не менее 100.

Также необходимо задать измерительные каналы в соответствии с ориентацией осей сейсмодатчика относительно осей здания (желательно всегда датчики крепить вертикально, а ось X сейсмодатчика направлять вдоль большой оси здания).

л $С^Ач«ст(м* c:\gierAuKF\df

Спектр Рмумтят Дополнительно Капройю

Определение периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания (ГОСТ Р 54859-2011)

Сведения об исследуемом объекте

Адрес объекте Г

Задать границы расчсщ основного тона нэ таблицы

Тип эдения Крупнопанельное

Задать границы расчета основного тона по периоду

Границы диапазона периоде собственных колебаний по большой оси (X)

Границы диапазоне периоде собственных колебаний по малой оси (У)

Границы диапазона периода собственных колебаний по вертикальной оси (2) ■ Задать границы расчёта основного тона по частоте

Границы диапезона частоты собственных колебаний по большой оси (X) Границы диапазона частоты собственных колебаний по малой оси (У): Границы диапазона частоты собственных колебаний по вертикельной оси (¿)

Назначение объекта Количество этажей

Т1, с Т1, с Т1, с

Р1, Гц Р1, Гц Р1, Гц

001

0.50

0.40

0.50

00.50

01.00

00.50

Т2, с Т2, с Т2, с

Р2, Гц Р2, Гц Р2, Гц

2.00

1.00

2.00

02.00

02.50

02.00

Сведения об исполнителе и заказчике

Организация, проводящая измерения [

Заказчик проведения измерений

Параметры проведения изглсрснии

Количество усреднений [ 1000 Длительность измерения, с [ 100 Частотное разрешение, Гц 0.01

Доверительная вероятность 090 Козф-тнеопределенности Степень сглаживания

1.00

' Канал измерения по большой оси объекта Канал измерения по малой оси объекта

¿ь I лььуеюшу-Х(592а188с/111 ¿ы тьуеюсиу-У(592а188с/121

¿ы /156 Уеюшу-

1000.0 Канал измерения по вертикальной оси объекта 2(592а188с/13)

Рис.1 - Главное окно ЭСАйА-проекта.

л $СА£>А-си(т«м» 2ЕТ\^!^/еЛи|е>Ли!еЛ0езНор\/ип<]1тепЫ *0п«Уип<5»епепи1 tont.ee« Спектр Ре)ульш Дополнительно ньетройви

1ГЁГШД

Определение периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания (ГОСТ Р 54859-2011)

Частота - 0 70 Дет ремонт X - 0000674 т/с

Реэомпс X - 0 000085 мл/с

Канал X

гЕТ 7166 Уе1осКу.Х (

пормд.с 0.98 Частота. Гц •) 02 Дохлее*/» 0.15

Тая/илаа аремя

21.11.2018 - 15:25:00

Автомасштабир ование графика

Графики резоненсе

Графики порогового

накопленные спектры

10 0005

Отетомемие 0.02

Канал У

гЕТ7166 УеЮсКуЛЧ уровня

Пврмд'с \ 0 в4| Сбросить

Частота. Гц 1.56

Покрошит 0.1 9

Отхломанм | 0.02

Канал 2

2ЕТ 7166 Ув1ое№у-г (

Период, с 0.98 Частота. Гц | 02

Дехреиент 0.16

Отетомемио | 0.02

быкл

Сброс

Показать погрешность

Рис.2 - Окно «Спектр» ЭСАйА-проекта.

На вкладке «Спектр» показываются диапазоны сигналов измерительных каналов для зрительной оценки произведенных измерений. Полученные диапазоны имеют зависимость от значений, поставленных в параметрах «Частотное разрешение», «Длительность измерения», «Количество усреднений» установленных во вкладке «Настройки».

По диапазону сигналов возможно изменить частотный спектр.

Для отражения на спектре графиков резонанса следует активировать соответствующую кнопку.

На спектре можно наметить момент начала измерений при данном количестве усреднений.

В случае если опции заданы правильно, то график спектра должен соответствовать графику резонанса.

Страница «Результат» предназначена для вычисления параметров, согласно ГОСТ Р 54859-2011.

Запуск и остановка измерений осуществляется нажатием кнопки «Вкл» или «Выкл» соответственно.

Расчёт параметров можно производить по выбранному участку. Для этого необходимо активировать область «Расчёт по избранным измерениям» и указать номер первого измерения и количество измерений в выборке, на графиках будет отображаться заданный участок и расчет параметров будет вестись по нему.

X

го т

о

ю

2 О

м

Спектр Результат Дополнительно Настройки

Определение периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания (ГОСТ Р 54859-2011)

х= 2.00 Декремент X = 0.152 Декремент Z = 0.142

Декремент Y = 0.18

х— 2.00 Период Х = 0.978 Период Z = 0.979

х= 2.00 Частотах-1.02 Частота Z« 1.02

Частота Y = 1.56

0.14

70-W

-О Расчёт по избранным измерениям

Номер первого измерения Количество измерений в выборке

таг

~2Ö~

0000

0000

Результаты измерений

Вдоль большой оси (X) Вдоль малой оси (Y) Вдоль вертикальной оси (Z)

Частота основного тона, Гц 1.0228 + 0.0002 1.5622 ± 0.0008 1.0223 + 0.0003

Период колебаний основного тона, с 0.9777 + 0.0002 0.6401 ± 0.0003 0.9782 + 0.0003

Декремент затухания 0.1533 + 0.0052 0.1837 ± 0.0047 0.1468 + 0.0085

таг

Текущее время

21.11.2018 -15:27:16

Количество измерений

Сохранить отчёт

Измерение

Сбросить измерения

79

Сброс

Рис.3 - Окно «Результат» SCADA-проекта.

С4

0

сч да

01

О Ш

m х

<

m о х

X

Для автоматического создания отчетов по заданному шаблону можно воспользоваться кнопкой «Отчет». В файл отчета сохраняется численная информация. Образец протокола измерений характеристик тона собственных колебаний строения или сооружения отвечает требованиям ГОСТ Р 54859-2011.

i Адрес объекта Зеленорад

2 Назначение о&ьекта производственный корпус

3 Организания, проводившая измерения измеритель

4 Заказчик проведения измерений заказчик

5 Время проведения измерении 19.09.2016 - 14:55:31

6 Период основного юна собственных колебаний вдоль большой оси, с 0,901 ±0,002

7 Период основного тана собственных колебаний вдоль малой оси. с 0,910 ±0,001

S Период основного тана собственных колебаний едоль вертикальной оси. с 0,847 ±0,000

9 Логарифмический декремент основного тона собственных колебаний вдоль большой оси 0,162 ±0,056

10 Логарифмический декремент основного тона собственных колебаний едоль малой оси 0,222 ±0,018

11 Логарифмический декремент основного тона собственных колебаний едоль вертикальной оси 0,175 ±0,032

Рис. 4 - Протокол измерений периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания.

Страница «Дополнительно» используется при задании параметров для длительной записи (не менее суток) сигналов. Также дополнительные параметры помогут в случае, когда алгоритм вычисления основного тона «цепляется» за второстепенный пик или использует лишние точки.

При активации режима «Регулярная запись графиков спектра в файлы» программа с заданным интерва-

лом будет записывать графики спектров. Данная функция реализована для случая, когда необходимо провести анализ данных с помощью сторонних программ.

Для записи данных в формате .sqlite необходимо активировать компонент «Запись структур в файл лога». Данные могут быть использованы в программе «TrendViewer» («Просмотровщик событий»).

Вышеизложенная процедура позволяет значительно сократить сроки выполнения работ до одних суток на один многоквартирный жилой дом. Определить степень повреждения, установить категорию технического состояния за сравнительно небольшие деньги - порядка 20-30 тыс. р. за один жилой дом.

Недостатком данного метода, на практике является то, что каждое здание является уникальной динамической системой с различными конструктивными системами, свойствами грунтов основания и измеренные параметры колебаний могут отличаться от нормативного значения более чем на 10% [9]. Это означает, что оценка технического состояния будет выполнена с погрешностями, которые, впрочем, идут в «запас» и имеют все шансы преуменьшить оценку состояния вполне прочного и устойчивого строения, но не напротив. Вследствие этого надежней в текущих условиях исследовать и сопоставлять частоты главных колебаний реального строения и его модели [10].

Исследователь получает возможность использовать современные, передовые технологии для построения идеальной модели объекта. Учитывая, что модель содержит в себе результаты обследования и отражает действительное состояние здания, в дальнейшем эксплуатирующие компании обязаны следить за актуализацией модели в течение всего жизненного цикла здания. Появляется возможность своевременно и планомерно принимать решения о капитальном ремонте, возможности реконструкции или выводе из эксплуатации.

В настоящее такими возможностями обладают:

• ЛИРА-САПР, который осуществляет технологию информационного моделирования зданий (BIM) и создан для проектирования и расчета строительных конструкций различного назначения;

• SCAD Office — Вычислительный комплекс для расчета конструкций методом конечных элементов;

• КАДФЕМ Си-Ай-Эс — Системы инженерного анализа;

• Midas Gen — Технологии расчета конструкций различного назначения.

И в заключении необходимо сказать, что метод контроля изменения жесткости здания путем определения параметров главного тона собственных колебаний должен широко применяться при обследовании строений и сооружений.

Подводя итог отмечу, что необходимость одновременного сокращения числа операций по обследованию зданий и внедрения информационных технологий обследования зданий очевидна.

Литература

1.

https://www.reformagkh.ru/relocation/programs/sf?tid=2316 924;

2. Постановление Правительства РФ от 28.01.2006 N 47 (ред. от 27.07.2020) "Об утверждении Положения о признании помещения жилым помещением, жилого помещения непригодным для проживания, многоквартирного дома аварийным и подлежащим сносу или реконструкции, садового дома жилым домом и жилого дома садовым домом";

3. ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния;

4. СП 13-102-2003 Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений;

5. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81* (с Изменением N 1);

6. ВСН 53-86(р) Правила оценки физического износа жилых зданий;

7. https://iz.ru/1037381/2020-07-19/v-rossii-izmeniatsia-pravila-vyseleniia-iz-avariinogo-zhilia;

8. ГОСТ Р 54859-2011 Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний;

9. Улыбин А.В. Измерение периодов и декрементов колебаний многоэтажных зданий..

10. С.Н. Савин, И.Л. Данилов, Сейсмобезопасность зданий и территорий / под общ. ред. О.М. Латышева.-СПБ.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014.-216 с.

11. https://zetlab.com

Features of the inspection of the technical condition of buildings and

structures in Yuzhno-Sakhalinsk Likhachev A.A., Usoltseva O.A.

Far Eastern State Transport University

JEL classification: L61, L74, R53_

Currently, the owners of buildings and structures do not always have reliable information about the technical condition of facilities. Often, the inspection of the technical condition of residential buildings and structures includes the external boundaries of systems that determine the protective properties, while the internal parts of the sections remain unexamined. For a comprehensive assessment of the technical condition, the express method based on measuring the dynamic parameters of a building is most acceptable. The presented development is applicable to all current construction cycles, including those in operation. The article summarizes new material on the topic under study, as well as the experience of familiarization with technologies for measuring the dynamic parameters of a building when assessing the technical condition. As a result, it was determined that the method of controlling the change in the stiffness of a building by determining the parameters of the main tone of natural vibrations should be widely used in the examination of buildings and structures. The material is addressed to all interested specialists. Keywords: dynamic monitoring of buildings, oscillation decrement, oscillation

period, building inspection. References

1.https: //www.reformagkh.ru/relocation/programs/sf?tid=2316924;

2. Decree of the Government of the Russian Federation of January 28, 2006

N 47 (as revised on July 27, 2020) "On the approval of the Regulations on the recognition of a premise as residential premises, residential premises unsuitable for living, an home garden house ";

3. GOST 31937-2011 Buildings and structures. Rules for inspection and mon-

itoring of technical condition;

4. SP 13-102-2003 Rules for the inspection of load-bearing building structures

of buildings and structures;

5. SP 14.13330.2018 Construction in seismic areas. Updated edition of SNiP

II-7-81 * (with Amendment No. 1);

6. VSN 53-86 (p) Rules for assessing the physical deterioration of residential

buildings;

7.https: //iz.ru/1037381/2020-07-19/v-rossii-izmeniatsia-pravila-vyseleniia-iz-avariinogo-zhilia;

8. GOST R 54859-2011 Buildings and structures. Determination of the pa-

rameters of the fundamental tone of natural vibrations;

9. Ulybin A. Measurement of periods and decrements of vibrations of multi-

storey buildings.

10. S.N. Savin, I.L. Danilov, Seismic safety of buildings and territories / under total. ed. O. M. Latysheva.-SPb .: St. Petersburg University of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia, 2014.216 p.

11.https: //zetlab.com

X X О го А С.

X

го m

о

ю

2 О M