17-03-2012_18-49-42(1) / Лекции ТЭЗ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ

Лекция 1 Техническая эксплуатация зданий и сооружений. Надёжность эксплуатируемых зданий

1.Техническая эксплуатация зданий и сооружений. Общие положения

2.Надѐжность зданий и сооружений

3.Физический и моральный износ зданий и сооружений

1. Техническая эксплуатация зданий и сооружений. Общие положения

Каждый современный город, населѐнный пункт состоит из комплекса разных по назначению, объѐмнопланировочному и конструктивному исполнению зданий и сооружений, выполняющих функции как производственного, так и жилого, бытового и социально-культурного назначения.

Каждое здание и сооружение должно обладать определѐнными научно обоснованными эксплуатационными качествами.

1)соответствовать назначению по размерам, планировке, инженерному оборудованию и т.п.;

2)обладать требуемыми прочностью, долговечностью и надѐжностью;

3)отвечать эстетическим требованиям, т.е. отличаться определѐнными архитектурными качествами;

4)быть экономичным при возведении и в эксплуатации.

Отсутствие хотя бы одного из этих параметров снижает потребительскую ценность здания, сооружения. Эксплуатируемые здания подвергаются различным внешним (г. о. природным) и внутренним

(технологическим и функциональным) воздействиям. Конструкции изнашиваются, стареют, разрушаются, вследствие чего эксплуатационные качества зданий ухудшаются и с течением времени они перестают отвечать своему назначению.

Однако преждевременный износ недопустим, ибо нарушает условия деятельности и быта людей, использующих эти здания. Кроме того, здания представляют собой большую материальную ценность, которую необходимо всемерно беречь.

Использование зданий по их назначению принять называть технологической эксплуатацией.

Чтобы здания можно было эффективно использовать, они всегда должны быть в исправном состоянии, т.е. стены, покрытия и прочие конструктивные элементы совместно с системами отопления, вентиляции и др. системами жизнеобеспечения должны поддерживать в помещениях соответствующий температурно-влажностный режим, а системы водоснабжения и канализации, освещения и кондиционирования - обеспечивать требуемую комфортность.

Процессы, связанные с поддержанием зданий и сооружений в исправном состоянии, называют техническим обслуживанием и ремонтом (ТО и Р) или технической эксплуатацией.

Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений представляют собой непрерывный динамический процесс, реализацию комплекса организационных и технических мер по надзору, уходу и всем видам ремонта для поддержания их в исправном к использованию состоянии в течение не менее заданного срока службы.

По задачам и методам их решения ТО и Р, хотя и входят в состав строительной отрасли, существенно отличается от проектирования и возведения::

1)осуществляется весьма длительное время по сравнению с проектированием и возведением - десятки и сотни лет, что требует четкого предвидения перспективы и преемственности в деятельности эксплуатационной службы;

2)имеет цикличный характер с периодичностью различных мероприятий от одного года до трѐх лет для текущего ремонта и от шести-девяти лет до тридцати лет для капитального ремонта, что осложняет планирование

ипроизводство работ;

3)носит (в частности, ремонт) часто случайный, вероятностный характер по месту, объѐму и времени выполнения работ, что затрудняет их планирование; требует от руководителей и исполнителей оперативной корректировки планов;

4)затрагивает интересы всего населения и каждого человека дома и на службе, т.к. приводит к необходимости участия в ремонте (внутри квартир), т.е. носит социальный характер;

5)связан с большими затратами сил и средств, увеличивающимися с течением времени, что обусловлено, с одной стороны, старением строительного фонда, а с другой - ежегодным его пополнением, что требует привлечения всѐ новых сил и средств для осуществления ТО и Р.

Первостепенное значение в эксплуатации зданий имеет своевременный контроль их технического состояния, систематическая проверка исправности строительных конструкций и инженерного оборудования. Такой регулярный, причѐм не только визуальный, но и инструментальный контроль, предотвращает преждевременный износ конструкций и здания в целом, позволяет обоснованно планировать и проводить профилактические мероприятия. Техническое обслуживание (ТО) включает предупреждение, а также выявление и устранение повреждений.

Поскольку здания и сооружения возводятся из различных по прочности и долговечности материалов и на них воздействуют многообразные как природно-климатические, так и технологические факторы, то и износ их происходит с разной интенсивностью и последствиями. Это не позволяет регулировать эксплуатацию зданий и

1

сооружений только инструкциями, так как она сложна и многопланова, решение еѐ во многом специфично и требует глубоких инженерных знаний и навыков.

2. Надёжность зданий и сооружений

Надежность — свойство изделия выполнять функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или наработки.

Надежность в зависимости от значения изделия и условий его эксплуатации включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность изделия в целом и его составных частей. Надежность обеспечивает техническую возможность использования изделия по назначению в нужное время и с требуемой эффективностью.

Таким образом, применительно к ограждающим и несущим конструкциям зданий надежность — это свойство, обеспечивающее нормативный температурно-влажностный и комфортный режим помещений, сохраняющее при этом эксплуатационные показатели (тепло-, влаго-, воздухо-, звукозащиту) в заданных нормативных пределах, а доя архитектурно-конструктивного элемента здания еще и прочность, и декоративные функции, в течение заданного срока эксплуатации дома. При этом предполагается обеспечение для дома в целом (точнее для всех его помещений) безотказности и долговечности.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до первого отказа, наработку на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов, гарантийную наработку.

Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов, т. е. с возможными перерывами в работе. Показателями долговечности являются средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы.

Различают физическую и моральную долговечность и обратные им понятия - физический износ и моральный износ.

Физическая долговечность зависит от физико-технических характеристик конструкций: прочности, тепло- и звукоизоляции, герметичности и других параметров.

Моральная долговечность зависит от соответствия здания по размерам, благоустройству, архитектуре и т.д. своему функциональному назначению.

Кроме того, существует понятие оптимальной долговечности, т.е. срока службы здания, в течение которого экономически целесообразно его восстановление. Затем наступает срок, когда затраты на восстановление становятся нецелесообразными, т.к. превышают стоимость строительства нового здания.

Таким образом, безотказность и долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособность, при этом безотказность предусматривает непрерывную работоспособность в течение определенного времени, а долговечность — с возможными перерывами на ремонт.

Сохраняемость применительно к жилым домам рассматривается в двух аспектах:

1)сохраняемость изделий (конструкций) как свойство непрерывно оставаться в исправном и работоспособном состоянии в течение (и после) хранения и транспортировки. Это способность изделий противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения и транспортировки, старению материалов изделий до их монтажа ;

2)сохраняемость объекта в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов (консервации). Надежность жилого дома, его работоспособность обеспечивается своевременным ремонтом. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в доступности и удобстве в проведении

мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания. К показателям ремонтопригодности относятся:

1)вероятность восстановления в заданное время;

2)среднее время восстановления;

3)удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов;

4)средняя и относительная стоимость ремонтов.

Основное назначение ограждающих конструкций зданий — разде ление двух воздушных сред: наружной,

где температура, влажность и радиоактивность переменны, и внутренней, где все параметры должны быть в пределах нормативно-допустимых. При этом наружные стены, кровли, перекрытия выполняют еще прочностные и декоративные функции.

Часто применительно к зданиям под надежностью понимают только прочностные свойства. Это глубокое заблуждение. Наружные ограждающие конструкции являются многоэлементными и многофункциональными системами, они чаще оказываются ненадежными при выполнении ограждающих функций, чем прочностных.

Надежность системы зависит от надежности составляющих ее элементов. Однако для людей, проживающих в доме, важна надежность здания в целом, а не отдельных его элементов и надежность не только прочностная, но и эксплуатационная (включая и надежность функционирования инженерных систем). Вместе с тем в практике проектирования, строительства и эксплуатации часто надежность по прочности рассматривается как главное, а надежность в смысле обеспечения эксплуатационных характеристик ограждающих функций - как второстепенное.

2

Практически при проектировании новых домов эксплуатационные характеристики не являются исходными (расчетными). Элементы и их стыки рассчитывают по деформациям и прочности. Однако допускаемые

деформации не всегда обеспечивают нормативное комфортное состояние помещений. Эксплуатационные показатели ограждающих конструкций, особенно стыков, преимущественно

закладывают в проектах не расчетным путем, а конструктивно.

Впроцессе проектирования и конструирования здания закладывается его теоретическая надежность.

Впроцессе изготовления обеспечивается фактическая надежность каждого конкретного элемента, что зависит от качества применяемых отдельных деталей, сборки и монтажа конструкций.

После изготовления надежность следует поддерживать на необходимом уровне правильной организацией эксплуатации.

При проектировании учитывают следующие факторы, влияющие на надежность конструкций:

1) качество и количество применяемых элементов, режим работы элементов и деталей; 2) стандартизацию и унификацию изготовления; 3) доступность деталей, узлов и блоков для осмотра и ремонта.

В результате нарушения правил монтажа здания, отсутствия соответствующего контроля материалов и комплектующих изделий, нарушения сортности и недоброкачественной замены материалов, установки элементов, подвергающихся длительному хранению в неблагоприятных условиях, недостаточного контроля на операциях и при выпуске готовой продукции, а также нарушения самой технологии монтажа возникают условия, отрицательно влияющие на надежность конструкции здания в целом.

В процессе эксплуатации на надежность здания оказывают воздействие следующие условия: 1) внутренние напряжения в конструкциях, не соответствующие их проектным значениям; 2) внешние воздействия (в заданных или иных режимах)

3) система технического обслуживания (предупредительного и систематического);

4) техническая квалификация обслуживающего и ремонтного персонала..

Принято считать, что эксплуатационная надежность равна произведению надежности собственно устройства (здания, машины) на надежность применения (человеческие факторы). Последнее понятие учитывает все факторы и проявляется в более или менее значительном уменьшении надежности изделия.

Для снижения отрицательного влияние этой составляющей определенную роль играют организационные мероприятия::

1)подготовка и обучение обслуживающего персонала;

2)организация на объектах сбора статистических данных об отказах конструкций;

3)разработка специальных инструкций и методик по эксплуатации систем, их профилактике и ремонту.

Внастоящее время жилые и общественные здания, как и другие промышленные изделия, переживают значительное изменение масштабов сложности. Теперь здание можно отнести к большим системам. Большие технические системы — это соединение значительного числа разнообразных по сложности компонентов, имеющих сложную переплетающуюся связь и переменные изменяющиеся нагрузки. В противоположность отдельным малым детерминированным системам и устройствам большие системы ведут себя случайно, стохастически.

(Стохастический - греч. Stochasis - догадка, - случайный или вероятностный).

Полное время эксплуатации системы или элемента можно разделить на три периода. На рис. 3.2 показана кривая интенсивности отказов элемента как функция времени эксплуатации, где выделены эти три периода: приработки, нормальной эксплуатации, интенсивного износа.

Впериод приработки интенсивность отказов велика, так как совокупность элементов может содержать большое количество дефектных образцов, которые отказывают один за другим. В короткий срок интенсивность отказов быстро уменьшается и становится приблизительно постоянной величиной, когда все дефектные элементы уже отказали и их отремонтировали или заменили. После периода приработки уровень интенсивности отказов становится постоянным — наступает период нормальной эксплуатации. Отказы этого периода называются внезапными.

Рис. 3.2. Интенсивность отказов элементов как функция времени эксплуатации: .

1 — период приработки; 2 — период нормальной эксплуатации; 3 — период интенсивного износа Когда время использования элементов достигает значения Т, начинает сказываться износ - период интенсивного износа и интенсивность отказов возрастает до момента Тр который является средним значением

4

долговечности элемента. В отношении жилых зданий эти три периода характерна как для здания в целом, так и для отдельных его элементов.

Вприработочный триод в здании возрастают отказы, связанные с естественными процессами (например, осадкой), и выявляются дефекты технологического характера (изготовления, транспортирования, производства работ).

Вдальнейшем, после заделки дефектных участков число отказов несколько стабилизируется, что соответствует периоду нормальной эксплуатации, который характеризуется появлением внезапных отказов. Причиной тому могут быть внезапные концентрации нагрузок, которые представляют собой случайные явления. Отказы стыков в виде протечек и промерзаний в период нормальной эксплуатации могут возникать внезапно, например, при концентрации температурных напряжений в каком-либо участке герметика и появлении вследствие этого трещины в самом герметике или в местах контакта его с бетоном.

Период интенсивного износа герметизирующего заполнения стыка характеризуется увеличением количества отказов, связанных с явлениями старения материала, снижения его упругих свойств, появления в результате этого трещины и нарушения адгезии к бетону.

Причины (факторы), вызывающие изменение работоспособности зданий в целим и отдельных элементов

сточки зрения механизма их воздействия, могут быть условно разделены на две группы: внутреннего и внешнего характера.

Кгруппе причин внутреннего характера относят:

1)физико-химические процессы, протекающие в материалах, из которых изготовлены конструктивные элементы;

2)нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации конструктивные факторы;

3)качество изготовления (дефекты производства).

Кгруппе причин внешнего характера относят:

1)климатические факторы (температура, влажность, солнечная радиация);

2)факторы окружающей среды (ветер, пыль, наличие в атмосфере агрессивных соединений, биологические факторы), а также качество эксплуатации.

Кпричинам внешнего характера, очевидно, следует отнести и воздействия, предусмотренные системой технического обслуживания и ремонта.

Наиболее существенными являются факторы конструктивного характера. Рациональные конструктивные решения обеспечивают требуемую работоспособность всех элементов зданий за установленную длительность их эксплуатации при минимальных затратах труда и средств на поддержание их работоспособности. В то же время нерациональные и ошибочные конструктивные решения могут являться причиной быстрой утраты работоспособности или разрушения отдельных конструктивных элементов.

Действие климатических факторов и окружающей среды на работоспособность элементов и конструкций зданий проявляется или непосредственно, или в виде воздействия на интенсивность протекания процессов, являющихся причиной изменения работоспособности элементов. Путем соответствующих конструктивных решений отрицательное воздействие этих факторов может быть значительно снижено или вовсе исключено.

Производственные факторы вносят значительные коррективы в значения характеристик работоспособности конструктивных элементов. Условия эксплуатации зданий и конструкций (режимы использования и нагружения, квалификация эксплуатационного персонала, качество обслуживания) оказывают большое влияние на интенсивность изменения характеристик их работоспособности.

Правильное техническое обслуживание и ремонт заключаются в предотвращении профилактическими мерами преждевременного физического износа.

3.Физический и моральный износ зданий и сооружений

3.1. Физический износ зданий и сооружений

Физический износ конструкций - это потеря ими своих первоначальных качеств. В процессе износа конструкций и оборудования можно выделить:

1) период приработки, деформаций, повышенного износа; этот период непродолжителен и на него распространяется гарантия, выданная строителями на два года; в этот период производится так называемый послеосадочный ремонт;

2)период нормальной эксплуатации, медленного износа, во время которого накапливаются необратимые деформации, приводящие к структурным изменениям материала, медленному его разрушению;

3)период ускоренного износа, когда он достигает критического значения и возникает вопрос о целесообразности ремонта или списания и разборки сооружений.

При эксплуатации сооружений различают силовое воздействие нагрузок, вызывающее объѐмное напряженное состояние, агрессивное воздействие окружающей среды, в результате чего сооружения быстро изнашиваются и выходят из строя.

Агрессивной является среда, под воздействием которой изменяются структура и свойства материалов. Это приводит к непрерывному снижению прочности и разрушению структуры: такое разрушение называется коррозией.

5

Вещества и явления, способствующие разрушению и коррозии, называются стимуляторами или факторами, содействующими коррозии. Вещества и явления, затрудняющие и замедляющие раз рушение и коррозию, называются пассиваторами или ингибиторами коррозии.

Агрессивные среды делятся на газовые, жидкие и твѐрдые.

Газовые среды - это такие соединения, как сероуглерод, углекислый газ, сернистый газ и др. Их агрессивность характеризуют три главных показателя: вид и концентрация газов, их растворимость в воде. Влажность и температура газов.

Жидкие среды - это растворы кислот, щелочей и солей, а также масла, нефть, растворители и др. Агрессивность таких сред определяется тремя показателями: концентрацией агрессивных агентов, их температурой, скоростью движения или величиной напора у поверхности конструкции. Коррозионные процессы протекают более интенсивно в жидких агрессивных средах.

Твѐрдые среды - это пыль, грунты и т.п. Их агрессивность оценивается четырьмя показателями: дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью и влажностью окружающей среды. Особенно активную роль в твѐрдых средах играет влага.

Моральное старение зданий и сооружений

Моральное старение или износ сооружений различают двух форм - первой и второй. Моральное старение первой формы - обесценение ранее построенных зданий в случае их продажи. Моральное старение второй формы - технологическое старение - требует дополнительных капитальных вложений на модернизацию сооружений применительно к современной технологии. Величину морального износа второй формы оценивают путѐм сравнения восстановительной (балансовой) стоимости старого здания и нового, построенного в соответствии с современными требованиями.

6

Согласно Положениям о системе ТО и Р и ППР все здания и сооружения подвергаются периодическим техническим осмотрам, проводимым комиссиями , специально назначаемыми руководителями учреждений. Установлено три вида осмотров:

-общий или сезонный (полугодовой), когда обследуется всѐ здание, его конструкции, оборудование, благоустройство;

-частичный, при котором осматриваются лишь отдельные части здания, например крыша, подвал, лифт, система центрального отопления;

-внеочередной (внеплановый), проводимый после стихийных бедствий — ураганов, наводнений, ливней и

т.п.

Как правило, очередные общие технические осмотры зданий проводятся два раза в год: весной, после таяния снега, и осенью при приѐмке здания в зимнюю эксплуатацию.

Материалы осеннего осмотра служат основой для планирования текущего ремонта в будущем году. Во время весеннего осмотра и начала подготовки здания к зиме уточняются предстоящие работы, которые должны быть выполнены к началу зимней эксплуатации и приняты при осеннем осмотре.

Таким образом, техническое обслуживание зданий и сооружений - это комплекс работ по поддержанию в исправном состоянии элементов каждого здания, сооружения, заданных им параметров, а также режимов работы их технических устройств.

В состав работ технического обслуживания входят осмотр сооружений, оценка их технического состояния и одновременно наладка систем, устранение незначительных повреждений, т.е. обеспечение нормального использования их по назначению.

Для централизованного управления инженерными системами зданий, а также для учѐта и выполнения заявок по устранению неисправностей их элементов:

1)создаются диспетчерские службы и аварийные бригады при них;

2)техническое обслуживание ведѐт штатный персонал;

3)строительные материалы для выполнения срочных работ берутся из запасов, предусмотренных на текущий ремонт зданий.

Техническое обслуживание планируется по годовым и квартальным планам-графикам.

2. Система ремонтов зданий и сооружений

Ремонт здания — комплекс организационно-технических мероприятий по устранению физического и морального износа. Подразделяется на: текущий ремонт (ТР) — для восстановления исправности (работоспособности) конструкций и систем инженерного оборудования, а также поддержания эксплуатационных показателей; капитальный ремонт (КР) — для восстановления ресурса здания с изменением при необходимости конструктивных элементов и систем инженерного оборудования, а также улучшения эксплуатационных показателей.

Надежность зданий в процессе их эксплуатации по мере ухудшения состояния отдельных элементов, узлов или зданий в целом может

быть обеспечена путем профилактических ремонтов. Основная задача такой профилактики не восстановление или замена отказавших элементов, а предупреждение отказов. Система плановопредупредителъного ремонта (ППР) состоит из периодически проводимых ремонтов, объемы которых главным образом зависят от сроков службы и видов материалов и конструкций зданий.

Постепенный переход от субъективного отбора жилых домов для ремонта к сознательному назначению в зависимости от срока эксплуатации представляет серьезное качественное изменение в подходе к капитальному ремонту. Одним из важных вопросов в системе организации капитального ремонта жилых зданий является установление времени начала ремонта и его периодичности. Анализ состояния здания во времени показывает сложную взаимосвязь системы здание — элементы — время.

Невыполнение своевременного ремонта конструкций приводит к усиленному износу и резкому увеличению его стоимости. Например, перенос капитального ремонта типового панельного 5-этажного дома на 3

— 4 года после истечения нормативных сроков увеличивается его стоимость на 18 — 21%.

Важнейшей частью организации капитального ремонта является разработка его стратегии. В теоретическом плане возможны два варианта ремонта: по техническому состоянию, когда ремонт начинают после появления неисправности для ее устранения; профилактическо - предупредительный, когда ремонт начинают до появления отказа (для его предупреждения). Исследования показали экономические и социальные преимущества второго направления. На основе изучения сроков службы и вероятности наступления отказов можно создать такую систему профилактик, которая бы обеспечила безотказное содержание помещений.

В практике технической эксплуатации зданий используют и сочетание двух стратегий: назначают ремонт по сроку эксплуатации, а объем ремонтных работ определяют по техническому состоянию. Такую комбинированную стратегию следует рассматривать как переходный этап к системе ППР. Рекомендуемая нормативными документами периодичность ремонтов указана в табл. 4.2.

9