Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

СМУ-3и строит загородные коттеджи, а также сооружения сельскохозяйственного назначения

НАШИ АКТУАЛЬНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ:

СМР

КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ ЗДАНИЙ

ВНУТРЕННИЙ РЕМОНТ ПОМЕЩЕНИЙ

РАБОТЫ ПО ГИДРОИЗОЛЯЦИИ

ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ

МОНТАЖ КРОВЛИ

РЕМОНТ КРОВЛИ

ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Предлагаем строительные услуги в Москве и других регионах

СТРОИТЕЛЬСТВО БАССЕЙНОВ

ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ БАССЕЙНОВ

РЕМОНТ БАССЕЙНОВ

РЕКОНСТРУКЦИЯ БАССЕЙНОВ

Предлагаем строительные услуги в Москве и других регионах

Нормативная документация в строительстве

Инженерные изыскания и проектирование

01. Постановление от 16 февраля 2008 г. № 87 - О составе разделов проектной документации и требования к их содержанию.

02. Межгосударственный стандарт от 01 апреля 1998 г. ГОСТ 21.101—97 - Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации.

03. Постановление от 5 марта 2007 г. N 145 - О порядке организации и проведения государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий.

04. Государственный стандарт РФ от 01 июля 2002 г. ГОСТ Р 51872-2002 - Документация исполнительная геодезическая. Правила выполнения.

05. Перечень исполнительной документации,необходимый для проведения органом государственного строительного надзора итоговой проверки и для последующего хранения такой документации у балансодержателя объекта капитального строительства.

06. Перечень исполнительной документации в строительстве (ИД), необходимый для передачи Заказчику, а так же последующего хранения такой документации у балансодержателя объекта строительства.

 

Строительство зданий и сооружений

 01. Состав и порядок ведения исполнительной документации при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте объектов капитального строительства.

02. Градостроительный кодекс РФ от 19 апреля 2013 г.

03. Исполнительная техническая документация при строительстве зданий и сооружений. 2005 г. [1-40] [41-89] [138-185] [186-235] [236-270]

04. Требования к составу и порядку ведения исполнительной документации при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства и требования, предъявляемые к актам освидетельствования работ, конструкций, участков сетей инженерно-технического обеспечения. Приказ от 26 декабря 2006 г. № 1128 (РД-11-02-2006).

05. Порядок ведения общего и (или) специального журнала учета выполнения работ при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов объектов капитального строительства. Приказ от 12 января 2007 г. № 7 (РД-11-05-2007).

 

Реконструкция зданий и сооружений

01. Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения. Нормы проектирования. ВСН 58-88 (р)

02. Реконструкции и модернизации жилищного фонда. Методическое пособие. СТО РААСН  01-2007

03. Реконструкция жилых зданий. Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий. 2008 г.

 

Ремонт помещений 

01. Типовая карта трудового процесса строительного производства. "Подготовка поверхности кирпичных стен под оштукатуривание". КТ-8-1-68

02. Типовая карта трудового процесса строительного производства. "Нанесение обрызга при оштукатуривании, кирпичных стен". KT-8-I-68

03. Материалы керамические отделочные и облицовочные. Номенклатура показателей. ГОСТ 4.210-79

04. Типовая карта трудового процесса строительного производства. "Нанесение накрывочного слоя при оштукатуривании кирпичных стен". КТ-8-1-68

05. Инструкция по применению рулонных звукоизоляционных материалов. 2007г.

06. Методические рекомендации по технологии внутренней отделки поверхностей.

07. Методические рекомендации. "Методические рекомендации по технологии декоративной отделки полов".

08. Методические рекомендации. "Методические рекомендации по технологии выполнения накрывочных штукатурных слоев повышенной готовности под малярную отделку".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вернуться к списку
Распечатать
Cкачать
РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ Часть I Технология восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий ...

А.А. Афанасьев, Е.П. Матвеев

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Часть I
Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий

Москва 2008

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство»

Москва 2008

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 1.1. Роль реконструкции зданий в решении социально-экономических и градостроительных задач

§ 1.2. Градостроительные аспекты реконструкции жилой застройки

§ 1.3. Характеристика жилищного фонда старой постройки

§ 1.4. Объемно-планировочные и конструктивные решения домов первых массовых серий

§ 1.5. Жизненный цикл зданий

§ 1.6. Моделирование процесса физического износа зданий

§ 1.7. Условия продления жизненного цикла зданий

§ 1.8. Основные положения по реконструкции жилых зданий различных периодов постройки

ГЛАВА 2 ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 2.1. Общие положения

§ 2.2. Физический и моральный износ зданий

§ 2.3. Методы обследования состояния зданий и конструкций

§ 2.4. Инструментальные средства контроля технического состояния зданий

§ 2.5. Определение деформаций зданий

§ 2.6. Дефектоскопия конструкций

§ 2.7. Дефекты крупнопанельных зданий

§ 2.8. Статистические методы оценки состояния конструктивных элементов зданий

ГЛАВА 3 МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 3.1. Общие принципы реконструкции жилых зданий

§ 3.2. Архитектурно-планировочные приемы при реконструкции жилых зданий ранней постройки

§ 3.3. Конструктивно-технологические решения при реконструкции жилых зданий старой постройки

§ 3.4. Методы реконструкции малоэтажных жилых зданий первых массовых серий

§ 3.5. Конструктивно-технологические решения при реконструкции зданий первых массовых серий

ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

§ 4.1. Физическая модель надежности реконструируемых зданий

§ 4.2. Основные понятия теории надежности

§ 4.3. Основная математическая модель для изучения надежности зданий

§ 4.4. Методы оценки надежности зданий с помощью математических моделей

§ 4.5. Асимптотические методы в оценке надежности сложных систем

§ 4.6. Оценка среднего времени до возникновения отказа

§ 4.7. Иерархические модели надежности

§ 4.8. Пример оценки надежности реконструируемого здания

ГЛАВА 5 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

§ 5.1. Общая часть

§ 5.2. Технологические режимы

§ 5.3. Параметры технологических процессов при реконструкции зданий

§ 5.4. Подготовительные работы

§ 5.5. Механизация строительных процессов

§ 5.6. Технологическое проектирование

§ 5.7. Проектирование технологических процессов реконструкции зданий

§ 5.8. Календарные планы и сетевые графики

§ 5.9. Организационно-технологическая надежность строительного производства

ГЛАВА 6 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО ПОВЫШЕНИЮ И ВОССТАНОВЛЕНИЮ НЕСУЩЕЙ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 6.1. Технологии укрепления оснований

§ 6.1.1. Силикатизация грунтов

§ 6.1.2. Закрепление грунтов цементацией

§ 6.1.3. Электрохимическое закрепление грунтов

§ 6.1.4. Восстановление оснований фундаментов с карстовыми образованиями

§ 6.1.5. Струйная технология закрепления грунтов оснований фундаментов

§ 6.2. Технологии восстановления и усиления фундаментов

§ 6.2.1. Технология усиления ленточных фундаментов монолитными железобетонными обоймами

§ 6.2.2. Восстановление несущей способности ленточных фундаментов методом торкретирования

§ 6.2.3. Усиление фундаментов сваями

§ 6.2.4. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями с электроимпульсным уплотнением бетона и грунтов

§ 6.2.5. Усиление фундаментов сваями в раскатанных скважинах

§ 6.2.6. Усиление фундаментов многосекционными сваями, погружаемыми методом вдавливания

§ 6.3. Усиление фундаментов с устройством монолитных плит

§ 6.4. Восстановление водонепроницаемости и гидроизоляции элементов зданий

§ 6.4.1. Вибрационная технология устройства жесткой гидроизоляции

§ 6.4.2. Восстановление гидроизоляции инъецированием кремнийорганических соединений

§ 6.4.3. Восстановление наружной вертикальной гидроизоляции стен фундаментов

§ 6.4.4. Технология повышения водонепроницаемости заглубленных конструкций зданий и сооружений путем создания кристаллизационного барьера

§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков

§ 6.6. Технология усиления железобетонных колонн, балок и перекрытий

ГЛАВА 7 ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕНЫ ПЕРЕКРЫТИЙ

§ 7.1. Конструктивно-технологические решения замены междуэтажных перекрытий

§ 7.2. Технология замены перекрытий из мелкоштучных бетонных и железобетонных элементов

§ 7.3. Технология замены перекрытий из крупноразмерных плит

§ 7.4. Возведение сборно-монолитных перекрытий в несъемной опалубке

§ 7.5. Технология возведения монолитных перекрытий

§ 7.6. Эффективность конструктивно-технологических решений по замене перекрытий

ГЛАВА 8 ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

§ 8.1. Эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций

§ 8.2. Повышение энергоэффективности ограждающих конструкций

§ 8.3. Характеристики теплоизоляционных материалов

§ 8.4. Технологии утепления фасадов зданий с изоляцией штукатурными покрытиями

§ 8.5. Теплоизоляция стен с устройством вентилируемых фасадов

§ 8.6. Технологии устройства вентилируемых фасадов

§ 8.7. Оценка эксплуатационной надежности и долговечности утепленных фасадных поверхностей

§ 8.8. Управляемые технологии энергопотребления жилых зданий

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

Приведены характеристики жилого фонда различных периодов постройки, основные виды дефектов и их влияния на эксплуатационную надежность зданий. Приведены теоретические исследования математических методов оценки надежности и долговечности зданий, практические рекомендации инженерных методов диагностики технического состояния зданий.

Разработаны основные положения по технологии и организации производства работ по ликвидации дефектов, способствующих продлению жизненного цикла зданий.

Приведены методы технологического проектирования на основе комплексной механизации технологических процессов, оценка и влияние организационно-технологической надежности строительного производства в зависимости от ресурсообеспечения, методов, технологий и конструктивных решений.

Даны современные технологии производства работ по повышению и восстановлению эксплуатационной надежности жилых зданий: усилению фундаментов, повышению несущей способности основных конструкций стен, колонн, перекрытий, технологии замены перекрытий.

Рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности зданий путем утепления ограждающих конструкций, применения энергоэффективных светопрозрачных конструкций, снижения теплопотерь за счет вентиляционных эффектов и др.

Приведены технологические особенности производства работ по утеплению стен с защитой штукатурными покрытиями и вентилируемых фасадов.

Рассмотрены общие принципы повышения энергоэффективности управляемых режимов теплоснабжения жилых домов.

Книга рассчитана на специалистов жилищно-коммунального хозяйства, проектировщиков, работников высшей школы, студентов и аспирантов.

Рецензенты:

Головнев С.Г. - член-корр. РААСН, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Технология строительного производства» Южно-Уральского государственного университета;

Олейник П.П. - д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Организация строительства» Московского государственного строительного университета.

ПРЕДИСЛОВИЕ

На протяжении многих лет отсутствовало планомерное восстановление и повышение эксплуатационных характеристик жилого фонда и инженерной инфраструктуры городов. Из общего объема 2809,8 млн. м2, что составляет около 30 % всего воспроизводимого имущества РФ, более 50 млн. м2 составляет ветхий и аварийный фонд с износом 70 %, 11 % жилых зданий нуждается в капитальном ремонте, а 9 % - в реконструкции. Значительную часть жилищного фонда (около 250 млн. м2) представляют дома первых массовых серий, возведенные в период 50-60-х годов. На сегодня они морально устарели, имеют ряд конструктивных недостатков, не отвечают действующим нормам по площади квартир, кухонь, подсобных помещений. Энергозатраты таких домов превышают современные нормативы в 2,5-3 раза. Эксплуатационные расходы на предоставляемые услуги по отоплению, водоснабжению и энергоснабжению неоправданно велики.

Состояние жилого фонда таково, что задержка с проведением восстановительных работ на 5-10 лет может привести к необходимости сноса домов в объеме более 20 % существующего жилого фонда.

Многие из крупнопанельных, блочных и кирпичных зданий высотой 9-12 этажей, построенные в период 70-80-х годов, нуждаются в комплексной санации в первую очередь со стороны улучшения теплотехнических свойств, в замене инженерного оборудования и ликвидации морального износа. Только в Москве таких жилых домов более 6300 с общей площадью 53 млн. м2.

Правительством РФ принята программа по ликвидации ветхого и аварийного жилья. Фонд реформ ЖКХ предусматривает ежегодное финансирование из федерального бюджета в объеме 250 млрд. руб. и 120 млрд. руб. из региональных бюджетов. Из них 100 млрд. руб. предназначено для переселения граждан из аварийного жилья и 150 млрд. руб. - на реконструкцию и ремонт жилого фонда.

Рациональное использование выделенных средств позволит в короткие сроки решить комплекс проблем ЖКХ.

Определяющая роль в решении вопросов восстановления жилого фонда отводится комплексным региональным программам, учитывающим также строительство социально важных дошкольных объектов, медицинских центров, торговых и спортивных сооружений, сети дорог и др. инфраструктуры.

Реализация конкретных проектов реконструкции позволила получить ощутимый экономический эффект за счет снижения на 30-40 % эксплуатационных расходов на отопление, 2-3-кратного сокращения водопотребления, на 15-20 % снизить потери на энергоснабжение, что в условиях реформы ЖКХ является важным фактором для населения.

Книга состоит из двух частей и включает 14 глав, содержание которых раскрывает технологические особенности реконструкции как отдельных зданий, так и застройки.

Первая часть посвящена вопросам оценки физического и морального износа зданий различных периодов постройки, оценки их надежности и долговечности.

Рассматриваются общие вопросы производства строительно-монтажных работ при реконструкции зданий: проектирование технологических процессов, состав проектов производства работ по реконструкции, организационно-технологические принципы и их надежность; экономическая оценка инвестиционных проектов и другие вопросы.

Вторая часть посвящена исследованию технологий реконструкции жилых зданий различных периодов постройки. Рассматривается реконструкция жилого фонда ранней постройки, в основе которой заложен метод встроенных систем с использованием сборных, сборно-монолитных и монолитных систем. Приводятся технологии производства работ при реконструкции зданий с сохранением и увеличением (надстройкой) строительного объема, рационального использования подземного пространства, особенности выполнения строительно-монтажных работ в стесненных условиях городской застройки.

Приводятся конструктивно-технологические решения по реконструкции зданий первых и последующих массовых серий. Исследованы методы реконструкции, основанные на надстройке этажей и пристройке объемных элементов, одно- и двустороннего расширения корпусов. Дается оценка индустриальных технологий реконструкции зданий, основанных на использовании укрупненных и объемных элементов заводского производства. Рассматриваются технологические особенности реконструкции зданий без отселения жильцов.

При написании книги использованы материалы проектных разработок ЦНИИЭПЖилища, МНИИТЭП, методические рекомендации по реконструкции жилых зданий различных конструктивных схем Госстроя России, работы РААСН, опыт реконструкции в городах Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Казани, Московской области, зарубежный опыт и др.

ВВЕДЕНИЕ

Реконструкция жилых зданий является одним из важных направлений решения жилищной проблемы. Она позволяет не только продлить жизненный цикл, но и существенно улучшить качество жилища, ликвидировать коммунальное заселение, оснастить дома современным инженерным оборудованием, улучшить архитектурную выразительность зданий, повысить их энергоэффективность, эксплуатационную надежность и долговечность.

С каждым годом возрастает потребность в реконструкции и восстановлении жилищного фонда страны, поскольку к моральному износу зданий добавляется физический износ конструктивных элементов и инженерных систем, что ускоряет общий процесс старения.

Минимально необходимые объемы реконструкции жилых зданий в РФ составляют более 700 млн. кв. м. общей площади. Из них около 6 % жилых зданий - дореволюционной постройки, 27 % - построенных в довоенные и послевоенные годы, более 250 млн. жилых зданий - первого поколения индустриального домостроения.

Реконструкция связана с восстановлением эксплуатационных показателей и усилением несущих элементов зданий. Эти работы требуют индивидуальных подходов, отличных от конструктивных решений при новом строительстве.

Как правило, реконструкция жилых зданий проводится в условиях повышенной стесненности, что не позволяет использовать оптимальные комплексы строительных машин и механизмов. Это обстоятельство требует разработки новых методов производства работ, организационно-технологических решений, привлечения специальной техники и технологии. Острота этой проблемы повышается при производстве реконструктивных работ без отселения жильцов.

Одной из важных задач реконструкции жилого фонда является увеличение плотности застройки. Реконструкция жилого фонда путем увеличения его этажности позволяет в некоторой степени решить эту проблему. Наиболее рациональным и экономически эффективным является повышение плотности застройки путем малоэтажной надстройки и обстройки зданий, устройства многоэтажных вставок между реконструируемыми домами и возведения отдельно стоящих жилых корпусов, создания объектов инфраструктуры, более продуктивного использования подземного пространства.

Комплексное решение реконструкции квартальной застройки позволяет создать комфортные условия проживания, отвечающие современным требованиям городской среды.

Существенным фактором повышения эффективности реконструкции и снижения социальной напряженности является использование индустриальных технологий, обеспечивающих снижение общей продолжительности и стоимости работ.

Проблема реконструкции жилых зданий рассматривается с позиции принципа интегральности, предполагающего комплексное рассмотрение внешних и внутренних факторов, воздействующих на здание в процессе его эксплуатации, и системного подхода, означающего принятие решений по выбору наиболее рациональных методов и технологий реконструкции жилых зданий. При этом здание рассматривается как сложная система, состоящая из конструкций, инженерного оборудования, элементов благоустройства и др., находящаяся под воздействием временных факторов внешней среды и внутренних воздействий от эксплуатации.

Намечены подходы к практической оценке надежности зданий с учетом степени износа конструктивных элементов и методов их регенерации. Математические и физические модели надежности дают качественную и количественную оценку состояния зданий до и после реконструкции. Полученные методики позволяют прогнозировать состояние зданий и их надежность с использованием временных параметров.

Адаптация разработок организационно-технологической надежности строительства, технологичности конструктивных и организационных решений позволила использовать ряд прогрессивных технологий, обеспечивающих комплексную реконструкцию поквартальной застройки.

Установлено, что принципы оптимизации организационно-технологических решений могут быть адаптированы к условиям реконструктивных работ, осуществляемых, как правило, на стесненных площадках городской застройки.

Использована преимущественно концепция, в основе которой заложен принцип малоэтажной надстройки зданий. Это обстоятельство связано с минимизацией затрат на усиление конструкций и максимальным сохранением существующих инженерных сетей. Такое решение наиболее рационально при выполнении реконструкции жилого фонда малых и средних городов.

Рассмотрены методы и технологии, повышающие эксплуатационные характеристики зданий и обеспечивающие снижение теплопотерь, расхода энергоносителей, вибро- и акустических воздействий на жилые помещения, а также обеспечивающие условия комфортного проживания.

Книга включает новые отечественные и зарубежные достижения в области технологии реконструкции жилых зданий различных периодов постройки и может представлять интерес для специалистов в области жилищного строительства, студентов и аспирантов.

ГЛАВА 1
ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 1.1. Роль реконструкции зданий в решении социально-экономических и градостроительных задач

Жилищный фонд городов и поселков городского типа России составляет 2,909 млрд. мобщей площади с населением более 70 % общего числа. Он характеризуется исключительным разнообразием застройки, типов зданий, квартир. Среди различных групп городов процентное распределение жилищного фонда составляет: крупные города (более 500 тыс. жителей) - 35; большие (свыше 100 тыс. жителей) - 27; средние (свыше 50 тыс. жителей) - 10; малые города - 28.

По периодам возведения жилой фонд распределяется следующим образом (%): дореволюционные постройки - 6; здания периода строительства 1917-1960 гг. - 24; постройки периода 1961 г. по настоящее время - 70.

Наибольшую значимость представляют жилые дома первых массовых серий, общая площадь которых составляет около 250 млн. м2.

Высокий уровень морального и физического износа требует принятия незамедлительных мер по реконструкции этого фонда. Срок эксплуатации таких зданий составляет 25-40 лет.

Анализ конструктивно-технологических решений и их физического состояния позволяет выделить ряд серий, реконструкция которых экономически нецелесообразна (К-7, ОД, П-32, 1-ЛГ-507). Их объем составляет менее 5 %. Эти серии являются первыми шагами индустриального домостроения и обладают рядом конструктивно-технологических недостатков.

Наиболее массовыми являются крупнопанельные дома серии 1-464 (около 78 млн. м2), 1-335 (более 28 млн. м2), здания с кирпичными стенами серии 1-447 (более 60 млн. м2) и др. Степень физического износа таких зданий позволяет выполнить объемы реконструктивных работ с минимальными затратами на восстановление несущей способности, ликвидировать моральный износ путем увеличения площадей за счет пристройки объемов, надстройки 1 - 2 этажами.

Таблица 1.1

Жилищный фонд Российской Федерации, размещенный в 4-, 5-этажных домах первых массовых серий

Серии типовых проектов

Общая площадь, тыс. м2

Всего

В том числе со сроком эксплуатации, лет

27-31

32-40

1-464(1-464 А)

77792,2

41018,0

36773,5

1-335

28211,9

12145,5

18066,4

1-468(1-468 БНЧ)

2735,5

1179,8

1551,9

1-438

929,9

576,7

353,2

1-439

13419,6

7402,2

6017,4

1-447

60947,7

31728,7

29219,0

1-467

8079,7

5672,2

2407,5

1-510

6723,3

3329,7

3393,6

1-511

12092,2

5079,0

7013,2

1-515

13924,3

7838,7

6085,6

К-7

3474,8

-

3474,8

ОД

952,6

-

952,6

П-32

1274,1

-

1274,1

Г(ГИ)

1750,0

-

1750,0

1-ЛГ-507

4502,6

1907,0

2595,6

Прочие

2906,9

979,0

1927,9

ИТОГО

229713,3

119957,0

120856,3

Ежегодно увеличивается ветхий и аварийный жилой фонд с износом, превышающим 50 %. На 1995 г. он составлял более 37 млн. м2, в 2001 г. - около 50 млн. м2, в 2007 - более 80 млн. м2.

Около 2 % населения России проживают в жилых зданиях, подлежащих незамедлительному принятию решений по их восстановлению или сносу.

Распределение такого фонда по округам составляет*: Северо-Западный - 1,8 %, Центральный - 1,2 %, Приволжский - 1,7 %, Южный - 1,3 %, Уральский - 2,1 %, Сибирский - 2,7 %, Дальневосточный - 3,8 %.

Зарубежный опыт показывает, что вопросам реконструкции зданий отводится первостепенное значение. Из общего объема финансирования доля на новое строительство составляет 20-30 %, тогда как оставшаяся часть идет на планомерную реконструкцию. При этом имеется в виду не только повышение капитальности зданий и восстановление их надежности, но и снижение фактора морального износа. По данным ЮНЕСКО, моральное устаревание жилых зданий происходит каждые 8 лет. Это обстоятельство диктует необходимость проведения реконструктивных работ именно с позиций морального износа и снижения уровня комфортности проживания.

Доля затрат на реконструктивные работы достаточно высока. Эти данные подтверждаются многолетним опытом Скандинавских стран (Швеция - 40 %, Финляндия - 51 %), Центральной Европы (Франция - до 60 %, Германия - 30-40 %, Великобритания - до 60 %). Центр тяжести затрат, как правило, переносится на жилищные объекты как наиболее массовые и в меньшей степени на здания общественного и административного назначения.

Неудовлетворительное состояние жилого фонда требует активного использования моделей с приоритетом на модернизацию и реконструкцию. На рис. 1.1 представлено прогнозируемое развитие нового строительства и реконструкции существующего жилого фонда в денежном выражении для стран Восточной и Западной Европы.

Рис. 1.1. Распределение затрат на реконструкцию и новое строительство в странах Восточной и Западной Европы

Основная тенденция развития жилищного строительства в Западной Европе состоит в переходе на малоэтажное строительство с жилыми домами на 1-2 семьи и максимальной поддержкой с помощью государственных субсидий. Преимущественное развитие приобретают модернизация и реконструкция. Для стран Восточной Европы преобладающей остается модель опережающего многоэтажного строительства и менее интенсивного процесса восстановления и доведения до современных требований эксплуатируемого жилого фонда*.

* Стратегия управления недвижимостью. Журнал «Недвижимость, Экономика, Управление», № 1, 2002.

Преимущественная инвестиция в области нового строительства обеспечивает максимально быстрое извлечение коммерческой прибыли. В то время как восстановление и повышение эксплуатационной надежности и энергоэффективности существующего жилого фонда являются менее привлекательными областями инвестиций. Ситуация усложняется тем, что в условиях сосуществования различных форм собственности на жилье система финансирования ремонтно-восстановительных и реконструктивных работ осуществлялась за счет средств местных бюджетов.

Основной причиной высокой степени износа жилищного фонда является несвоевременное проведение ремонтно-восстановительных работ, что является результатом ограниченных средств муниципальных бюджетов.

Вопросам реконструкции зданий в нашей стране уделялось недостаточно внимания. Так, основная масса финансирования преимущественно направляется на новое строительство и только 1,5-3 % средств выделяется на капитальный ремонт, модернизацию и реконструкцию. Требуемый ежегодный объем реконструктивных работ составляет более 700 млн. м2. В то же время темпы восстановительных работ не превышают 4 % потребности.

Формирование фонда реформ ЖКХ, превышающего 350 млрд. руб., и программы ликвидации ветхого и аварийного жилья, принятой правительством РФ, позволит в кратчайшие сроки решить комплекс проблем по восстановлению жилого фонда и созданию инфраструктуры, отвечающей современным требованиям застройки.

Проблеме восстановления жилого фонда начали уделять должное внимание в Москве, Санкт-Петербурге, Архангельске, Екатеринбурге, Сургуте, Северодвинске, Казани и других крупных городах, где разработаны долговременные программы реконструкции застройки как жилых зданий старой постройки, так и жилого фонда первых массовых серий.

РААСН, Ленжилпроект, ЦНИИЭПЖилища, Мосжилниипроект, МИИТЭП, МГСУ и другие научные и проектные организации работают над проблемами реконструкции массовой застройки, что позволит разработать не только концепцию, но и наиболее рациональные организационно-технологические принципы реконструкции малоэтажных жилых домов.

Реконструкция жилого фонда заключается не только в его сохранении, но и в решении важных социальных и градостроительных задач.

Социальные аспекты данной проблемы наиболее остры и состоят в улучшении условий проживания населения и каждой семьи в отдельности, ликвидации коммунального заселения, снижении морального износа зданий, эксплуатационных расходов, формировании инфраструктуры, адаптированной к современным условиям**.

** В условиях реформы жилищно-коммунального хозяйства актуальность проведения комплексной реконструкции жилого фонда исключительно высока, т.к. способствует многократному снижению эксплуатационных расходов на тепло, электроэнергию, воду, техническое обслуживание и др.

Опыт реконструкции пилотных объектов показал реальную возможность обновления жилья без значительных материальных и финансовых затрат. При этом достигнута экономия тепла на 30-35 %, воды до 2-3 раз.

Комплексное решение проблемы реконструкции микрорайонов и кварталов застройки позволяет учесть современные требования по формированию социальной сферы, необходимой для нормальной жизнедеятельности граждан (зоны отдыха и творческой работы, игровые площадки, стоянки, гаражи и т.п.).

Особое место при реконструкции должно отводиться выполнению экологических требований, предъявляемых к строительным материалам и методам выполнения работ. Технология реконструктивных работ должна предусматривать утилизацию и вторичное использование элементов разборки, методы ведения работ, исключающие пыление, разброс материалов, повышенный шум и вибрацию.

Зарубежный опыт восстановления, модернизации и реконструкции зданий основан на использовании нескольких моделей жилищного хозяйства, например социально ориентированные (Швеция, Финляндия, Дания, США, страны Южной Европы и др.).

Особый интерес представляет опыт стран, находящихся в одинаковых с РФ природно-климатических условиях. Так, в Финляндии управление многоэтажным зданием, находящимся в собственности жильцов, осуществляется путем создания квартирного акционерного общества, которое несет ответственность за здание в целом, а жилец - за собственную квартиру. Правление акционерного общества, которое избирают жильцы, отвечает за качественное и рентабельное содержание здания. Владельцы квартиры выплачивают акционерному обществу ежемесячную плату за эксплуатационные расходы и плату за выполнение работ, связанных с капитальным ремонтом или реконструкцией. На выполнение данного вида работ акционерное общество берет банковский кредит с залогом в виде земельного участка и здания.

Решение о ремонте здания или реконструкции принимается большинством членов акционерного общества, что существенно упрощает дальнейшие процедуры финансирования, выбора исполнителей работ и т.п.

В арендных домах собственник несет всю полноту ответственности за техническое состояние всего здания, включая отдельные квартиры. Жильцы выплачивают арендную плату жилищному акционерному обществу.

Для социально ориентированного жилья, кредитование которого осуществляет государство, размер арендной платы включает сумму эксплуатационных и капитальных затрат.

Организация управления жилищным фондом в Финляндии базируется на постоянной информации о техническом состоянии конструктивных элементов, стенового ограждения и инженерных систем путем их периодической оценки.

Наибольшее внимание в процессе эксплуатации уделяется расходам на отопление (до 20 % эксплуатационных затрат), работы по содержанию (до 15 %), расходы на водоснабжение (до 13 %).

В результате проведения реконструктивных работ по утеплению зданий, замене светопрозрачных конструкций на более энергоэффективные, исключения теплопотерь за счет совершенствования вентиляционных систем достигнуто снижение расхода энергозатрат в 1,5-2 раза.

Замена сантехнического оборудования на более совершенное, а также введение поквартирного контроля расхода воды, управляемых режимов отопления и др. позволили сократить общие показатели и соответственно повысить экономию затрат на эксплуатационные расходы.

Для выполнения комплекса работ по повышению энергоэффективности жилого фонда используются заемные средства под достаточно низкий процент. При этом окупаемость затрат по утеплению зданий составляет 15-18 лет, замене оконных и балконных заполнителей - 4,5-5 лет; инженерного оборудования - 7-8 лет. Из условий окупаемости рассчитываются параметры кредитования, которые представляет государственный жилищный фонд.

Государственная поддержка состоит в получении компенсации по кредиту в размере 1,5-5,5 % годовых.

Финансовая поддержка государства в объеме 40-50 % осуществляется при устройстве лифтов в жилых домах высотой более 3 этажей. Кроме того, выделяются муниципальные средства в объеме до 10 % затрат. Такой подход свидетельствует о значимости повышения комфортности условий проживания граждан.

Законодательная база относительно жилого фонда построена таким образом, чтобы максимально продлить жилищный цикл зданий. Так, при сроке эксплуатации жилого дома более 50 лет ежегодная потребность в ремонтно-восстановительных работах составляет в пределах 2 % стоимости здания. Особенно подчеркивается необходимость ежегодного проведения работ, что существенно снижает уровень затрат по сравнению с эпизодическим ремонтом.

Опыт Германии в организации реконструкции и санации жилого фонда крупнопанельного домостроения наиболее приемлем к условиям РФ. Основной подход федеральных властей состоит в оказании государственной поддержки жилищно-строительным компаниям по проведению санации зданий в силу того, что параметры жилых квартир не соответствуют стандартам на жилье ФРГ. Правительством Германии была принята программа реконструкции, модернизации и санации зданий с предоставлением льготного кредита из расчета 50 DM на 1 м2 общей площади. За период 1991 - 1997 гг. удовлетворено более 600,000 заявок на общую сумму 58,9 млрд. DM. Более 56 % этой суммы использовано на восстановление и приведение к действующим нормам строительной части зданий; 27 % - на работы по замене инженерного оборудования, около 8 % - на благоустройство примыкающих территорий.

В зависимости от градостроительной ситуации использовались методы реконструкции путем снижения высотности зданий (с 5 до 3 этажей), расчленения зданий с демонтажом промежуточных секций и снижением этажности.

Наиболее массовой технологией является санация жилых домов, в которую входят: замена светопрозрачных заполнений (окна и балконные двери) на более эффективные; производство отделочных работ и замена сантехнического и другого инженерного оборудования; утепление фасадов стен, чердачных и подвальных перекрытий, замена кровли; электротехнические работы по замене электропроводки и подводящих систем; установка инвентарных входных дверей и тамбуров; звукоизоляция стен лестничных клеток; модернизация балконов, лоджий и др. работы.

Использование типовых конструкций, организация восстановительных работ с минимальными сроками их выполнения в каждой квартире позволили за короткие сроки освоить объемы работ, превышающие 11 млн. м2.

При реконструкции, восстановлении и новом строительстве во Франции существуют две формы бюджетного финансирования социального жилищного сектора: субсидирование генеральных заказчиков, которые строят, реконструируют или ремонтируют жилой фонд; финансовая помощь гражданам в зависимости от уровня доходов с целью облегчения выплаты квартплаты или погашения кредита.

Финансовая помощь инвесторам состоит в снижении налога на добавленную стоимость с 20,6 до 5,5 %.

Кроме того, депозитно-сохранная касса представляет местным властям и организациям социального жилищного строительства кредиты под низкие проценты. Для финансирования кредитов используются средства, отложенные гражданами на доходные сберегательные книжки. Доходы по этому вкладу не облагаются налогом.

Помощь на улучшение жилищных условий включает три формы финансирования.

- Единовременная помощь выплачивается владельцам, проживающим в принадлежащем им жилье, построенном более 20 лет назад, при условии, что их доходы не превышают определенный уровень.

- Размер помощи составляет 20 % затрат на проведение ремонтно-восстановительных работ.

- Субсидии на улучшение жилищных условий в домах, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормам, выделяются владельцам, проживающим не менее двух лет в принадлежащем им жилье, при условии, если их доход не превышает определенного уровня.

- Беспроцентная ссуда, которая составляет не более 20 % стоимости приобретаемого жилья и вычисляется в зависимости от доходов и состава семьи.

- Для лиц со средними доходами срок возмещения ссуды обратно пропорционален уровню доходов и составляет от 17 до 7 лет.

Проводятся широкомасштабные программы по реконструкции жилых домов с умеренной квартирной платой. Основные технологии реконструкции включают комплекс восстановительных работ по обновлению фасадов зданий, замене инженерного оборудования, кровельного покрытия, технических решений по снижению морального и физического износа строительных конструкций и оборудования.

Одной из форм обеспечения жильем слоев населения с низким уровнем доходов является адаптация промышленных зданий и сооружений под жилье. Примером таких решений является перепрофилирование корпусов ткацких фабрик, зданий вокзалов бывших местных железнодорожных линий, сельскохозяйственных построек (складов, конюшен и др.).

Для условий РФ реконструкция и восстановление жилищного фонда являются одними из приоритетных направлений в области жилищно-коммунального хозяйства страны. При реконструкции происходит прирост фонда за счет надстройки зданий, увеличения в плане. «Омоложение» фонда достигается за счет сноса ветхих домов и строительства на их месте новых зданий.

В связи с принятием Жилищного кодекса РФ законодательно установлена компетенция органов государственной власти, субъектов Российской Федерации и местного самоуправления в области жилищных отношений. В качестве территориального нормативного правового, регламентирующего отношения по защите прав физических и юридических лиц в сфере реконструкции и ремонта жилищного фонда является положение статьи 14 ЖК о согласовании переустройства и перепланировки жилых помещений, признании жилого фонда непригодным для проживания и др. положения.

Предусматривается государственный учет жилого фонда с технической инвентаризацией и технической паспортизацией.

Управление жилым фондом многоквартирных домов осуществляется некоммерческими организациями «Товарищества собственников жилья». Они имеют право заключать договоры о содержании и ремонте общего имущества, определять смету доходов-расходов, затраты на капитальный ремонт и реконструкцию многоквартирного дома, получать заемные средства и др.

Наиболее важным, с точки зрения реконструкции зданий, является то, что это решение принимается общим собранием, большинством не менее 2/3 голосов собственников жилья. Кроме того, дается право получать в пользование или приобретать в общую долевую собственность земельные участки для осуществления жилищного строительства. Это положение законодательно разрешает не только надстройку зданий, уширение корпусов, но и возведение жилых домов в виде «вставок», торцевых пристроек и т.п.

Для жильцов домов, находящихся в муниципальном жилищном фонде, решение о проведении реконструкции или капитального ремонта принимается муниципалитетом. При этом поименное согласие жителей не требуется.

§ 1.2. Градостроительные аспекты реконструкции жилой застройки

Возникновение и развитие городов являются длительным многовековым историческим процессом. Во многих регионах сложились различные условия их формирования, что привело к особенностям планировки и застройки.

При рассмотрении градостроительной характеристики существующей застройки старых городов следует учитывать то обстоятельство, что в сложившихся исторических условиях города росли, поглощая при этом сельские населенные пункты. Основным видом застройки были малоэтажные здания из местных материалов, преимущественно деревянные рубленые. Каменная застройка русских городов получила развитие только в XVIII-XIX веках. Она представляла собой 2-3-этажные здания, и только с середины XIX - начала XX веков появились кирпичные дома большей этажности. Этот период характеризуется интенсивным ростом городов, вызванным процессами развития капиталистических форм производства. За 3-4 десятилетия население городов увеличилось в 5-10 раз при соответствующем росте их площадей. Жилые здания тех лет составляют на сегодня значительную часть городского фонда.

Известно, что здания старой постройки отличаются сложностью планировки, повышенной высотой этажей. Их плановые габариты нередко образованы из сложных форм с криволинейными контурами. Доля старой застройки в городах постоянно уменьшается. В старых домах размещается менее 9 % всего жилого фонда (в Москве около 12 %, Санкт-Петербурге - 30 %). Именно многие здания старой постройки придают центральной части Москвы, как и историческим центрам других городов, неповторимый облик.

При реконструкции таких зданий необходим индивидуальный подход к каждому отдельному объекту с максимальным сохранением архитектурного решения фасадов.

Градостроительные решения, как и здания, построенные в различное время, имеют свои характерные особенности.

Для конца XIX - начала XX века использована преимущественно квартальная застройка 4-5-этажными многоквартирными домами с высокой плотностью застройки и минимальным внутриквартальным пространством. Здания существенно отличаются уровнем комфортности планировки и качеством инженерного оборудования квартир. В то же время создавалась гармоничная и привлекательная городская среда за счет единства архитектурного облика зданий. Развитая инфраструктура создавалась путем использования большинства помещений первых этажей под магазины, предприятия службы быта и т.п.

Период строительства 20-30-х годов характеризуется началом использования элементов типовых конструкций и зданий. Это прежде всего 4-5-этажные жилые дома из кирпича. Принципы размещения зданий квартальной застройки отличаются более организованным взаимным расположением при достаточно большом проценте озеленения дворовых участков, четкой системой дорог, пешеходных путей и площадок.

С началом массового индустриального строительства застройка кварталов происходила по укрупненной схеме с площадью кварталов, достигающей 1,4-1,6 км2. Укрупненная система застройки дала возможность существенно улучшить санитарно-гигиенические условия. Такие решения, как правило, имели достаточно низкую плотность застройки, не превышающую 3000-3300 м2 жилой площади на 1 га.

Застройка 50-70-х годов представляет собой 4-5-этажное кольцо, окружающее исторические центры городов, а за пределами этого кольца расположились современные окраинные жилые и промышленные районы.

Наблюдалась тенденция опережения роста городских территорий, это обгоняло прирост населения и приводило к снижению плотности застройки с возрастанием в балансе территории городов внеселитебных территорий. Это привело к увеличению общегородских транспортных и других инженерных коммуникаций, негативным социально-экономическим и экологическим последствиям. Появились так называемые спальные районы, удаленность которых от основных мест работы населения исчисляется часами, проведенными в городских транспортных средствах.

Исследуя проблему восстановления жилого фонда страны, следует отметить, что реконструкция должна базироваться не на индивидуальном объекте - жилом доме, а на жилом квартале или микрорайоне в целом. При этом из градостроительных задач реконструкции следует выделить общеградостроительные условия, инженерно-техническую инфраструктуру, охрану окружающей среды и благоустройство территорий. Особое место должно отводиться улучшению транспортных условий, что весьма актуально при значительном росте численности индивидуального транспорта.

При проектировании реконструкции застройки необходим учет связей реконструируемого квартала или микрорайона с прилегающими частями города, имеющими традиционную или историческую особенность. При этом должны использоваться приемы усиления композиционного и художественного единства или развития реконструируемого и прилегающего микрорайона более ранней застройки. Решение может быть найдено в виде силуэта застройки, путем повышения выразительности ансамблей, создания рациональных функциональных связей и архитектурно-художественной целостности реконструируемой застройки.

Реконструкция внутриквартального пространства наряду с увеличением плотности застройки должна быть направлена на повышение его комфортности и рациональности, выполнение задачи социального и эстетического характера по упорядочению планировочной структуры и сетей улиц, создание требуемой инфраструктуры, озеленение и благоустройство территории, создание объектов активного и пассивного отдыха, развитие коммуникационных связей, сохранение городского ландшафта и окружающей среды. Особое внимание должно быть уделено повышению эксплуатационной надежности инженерных сетей тепло-, водо- и газоснабжения.

Реконструкция жилой застройки не должна сопровождаться ухудшением инсоляции и аэрации и, как следствие, должна быть направлена на улучшение микроклимата жилой застройки, повышение комфортности обитания и оздоровление условий проживания населения. Одним из важных показателей является соблюдение нормального уровня озеленения (не менее 6 м2/чел.,СНиП 2.07.01-89*), а также сохранение существующих зон озеленения и посадок, как правило, выполненных жильцами кварталов и микрорайонов.

Типовые решения застройки обладают рядом недостатков, к числу которых можно отнести неблагоприятную аэродинамику, что приводит к высоким скоростям ветра и температурным перепадам. Кроме этого, открытая застройка лишает индивидуального дворового пространства, что негативно оценивается населением. Поэтому реконструкция кварталов и микрорайонов должна базироваться на использовании принципов застройки в полузамкнутую или замкнутую путем пристройки и возведения дополнительных объемов, связывающих между собой отдельные здания. При этом достигается не только экономическая, но и функциональная эффективность использования пространства.

Уплотнение существующей застройки может быть достигнуто не только путем увеличения этажности зданий за счет их надстройки, но и возведением малоэтажных блокированных домов внутри квартально и с размещением встроек между корпусами зданий (рис. 1.2). При этом допускаются частичный снос отдельных зданий и уменьшение их этажности в совокупности с новым строительством жилых домов.

Рис. 1.2. Уплотнение существующей застройки путем внутриквартального выведения малоэтажных блокированных домов (а), малоэтажных вставок между жилыми домами (б), многоэтажных вставок с надстройкой существующих зданий на 2 этажа (в)

Комплексность подхода при реконструкции застройки определяется тем, что модернизация, реконструкция и снос зданий преследуют одну и ту же цель - преобразование устаревшего жилищного фонда с учетом градостроительной ситуации.

Уплотнение застройки осуществляется путем устройства вставок, надстройки зданий, возведения точечных зданий на освобожденной площадке в межквартальной зоне.

Проведение комплекса реконструктивных работ должно осуществляться на базе индивидуального подхода к каждому из объектов, обеспечивая при этом сохранение принципов общности архитектурных форм, характерных для конкретного города, эволюционной отработки и совершенствования форм и облика зданий. Изучение города как сложной художественной системы должно выявить структуру архитектурных признаков, которые несут в себе информацию о его специфике, особенностях происхождения и современной функции, о приемах и способах взаимодействия с природными элементами и ландшафтным окружением.

Вариантами оздоровления городской среды являются вывод промышленного производства из центра крупных городов и адаптация зданий под жилье или инфраструктуру.

Особое влияние на реконструкцию оказывает рыночная стоимость земельных участков, что определяет уровень этажности нового строительства и экономическую целесообразность сохранения малоэтажного жилого фонда.

§ 1.3. Характеристика жилищного фонда старой постройки

Жилищный фонд РФ по сравнению с другими европейскими странами сравнительно молод. Это объясняется большими разрушениями, прошедшими во время Великой Отечественной войны, и традиционным применением деревянного домостроения. Объем сохранившихся зданий дореволюционных и довоенных построек сравнительно мал.

Распределение зданий в европейских странах показывает, что более 60-70 % жилого фонда относится к постройкам до 1937-1940-х гг. и только 25-30 % - в последующие годы.

Страны, не подвергшиеся массовому разрушению во время Второй мировой войны, сохранили старый фонд в достаточно большом объеме. Нет сомнения, что эти здания претерпели не одну реконструкцию и модернизацию, и поэтому зарубежный опыт выполнения реконструктивных работ имеет большое значение с практической точки зрения.

В Москве сохранился достаточно обширный жилой фонд постройки 1870-1930-х гг., который составляет около 120 млн. м2 и представляет целую гамму архитектурно-планировочных решений домов разной этажности. Как правило, каждое здание старой постройки возводилось по индивидуальным проектам и отражает эпоху, достаток заказчика и особенности конструктивных решений.

Опыт застройки жилыми домами в Москве и Санкт-Петербурге в конце XIX и начале XX в. показывает, что преимущественное влияние на архитектурно-планировочные решения оказывали стоимость земельного участка и удаленность от центральной части города. В то время получили распространение доходные дома, в которых проживало более 70 % городского населения. Этот период характеризуется возведением зданий с высокой плотностью застройки. Ее форма способна интегрировать в высокоорганизованное городское пространство с максимальным экономическим эффектом, многообразными функциональными и социальными составляющими городской среды.

Плотность застройки в центре крупных городов превышала периферийную в 5-6 раз. Стоимость квартир дифференцировалась в зависимости от качества жилья, которое имело девять основных типов. Каждый тип квартир оценивался по строительному объему, качеству отделки и расположению в плане.

При высокой стоимости земли постройки образовывали полностью замкнутые дворы - дома колодцевого типа. На рис. 1.3 приведены характерные примеры доходных домов в Санкт-Петербурге и Москве. Прибыльность домовладений повышалась за счет размещения в первых этажах объектов общественного назначения: это гимназии, магазины, клубы и т.п.

Рис. 1.3. Архитектурно-планировочные решения доходных домов
а - в С.-Петербурге (1910-1912 гг.); б - в Москве на ул. Остоженке; III-IV - классы квартир по качеству проживания

Здания указанного периода можно разделить по уровню планировочных решений на 4 группы.

К первой группе относятся здания, построенные в предреволюционное десятилетие. Они состоят из квартир повышенного качества, рассчитанных на наиболее состоятельные слои населения.

В планировке квартир используется принцип зонирования на три группы помещений: парадную, группу спален и группу хозяйственных помещений. При этом парадные и черные лестницы расположены по одной поперечной оси. Они отличаются большой шириной корпуса, которая достигает 15-17 м, большой толщиной кирпичных стен.

Во II группу входят секционные дома дореволюционной постройки и первых десятилетий Советской власти. Квартиры этой группы (рис. 1.4) предназначались для покомнатного заселения. Площадь квартир достигала 80-100 м2 с высотой этажа 3,0-3,5 м. Ширина корпусов находилась в пределах 10-16 м.

Рис.1.4. Типовые секции, применяемые в массовом жилищном строительстве Москвы
а - типовая секция Моссовета; б - типовая секция Наркомстроя; в - типовая секция Управления жилищного строительства

В первом десятилетии Советской власти и до конца 50-х годов в основном строились дома с квартирами II группы. Здания возводили более узкими (до 12 м) с меньшей глубиной комнат.

В III планировочную группу включены дома коридорной и галерейной систем. В коридорных домах старой постройки жилые комнаты имеют площадь 20-35 м2 и расположены с двух сторон широкого коридора. Дома для дешевых гостиниц и меблированных комнат имели комнаты площадью 10-12 м2. Высота этажей составляла 3,2-3,5 м.

К IV группе домов относятся здания со смешанной планировкой, которые имеют ширину корпусов 10-16 м, с расположением комнат смешанной ориентацией и лестничными клетками различных конструктивных решений.

Основные несущие конструкции зданий старой постройки выполнены с использованием стен из кирпича. Очень часто фасады зданий украшались лепниной, мозаикой, барельефами. Фундаменты и стены капитальных зданий выполнены с большим запасом прочности.

На рис. 1.5 показано уменьшение толщины наружных стен и ширины подошвы фундаментов в течение второй половины XIX века и в первые десятилетия XX столетия. В этот период расход кирпича (материала), необходимого для строительства домов одинакового объема, уменьшился в 2 раза. Это объясняется тем, что в прежние времена толщина стен устанавливалась эмпирически с большим запасом прочности.

Рис. 1.5. Изменение параметров конструктивных элементов зданий в зависимости от года постройки
а - средние размеры ширины подошвы фундаментов и толщины стен различных периодов постройки; 1,- наибольшая и наименьшая ширина подошвы фундаментов; б - плотность размещения фундаментов на площади застройки здания: 1 - на песчаном основании; - на связных грунтах; - среднее значение

Для построек периода 1860-1960 гг. прослеживается тенденция снижения средних размеров ширины подошвы фундаментов и, соответственно, толщины стен. Это обстоятельство связано с усовершенствованием методик расчетов и уменьшением коэффициента запаса прочности.

Как правило, основными материалами для возведения фундаментов старой постройки служили пережженный кирпич, тесаные блоки из природного камня, бутовый камень и др. Для обеспечения сцепления и однородности кладки использовались известковые, цементные и сложные растворы. Характерной особенностью зданий старой постройки является достаточно высокий показатель плотности фундаментов (отношение площади подошвы фундаментов к площади застройки), который достигает 30-42 %. При этом в 30 % зданий не используется и 50 % нормативного давления. Отсюда следует, что в большей части зданий при их реконструкции возможны увеличение давления на основание и, таким образом, надстройка дополнительных этажей.

Перекрытия в кирпичных зданиях встречаются трех типов: деревянные по деревянным балкам; деревянные по металлическим балкам; железобетонные.

Иногда в одном и том же здании используются различные типы перекрытий: над подвалом - сводчатые из бетона или кирпича по металлическим балкам, междуэтажные перекрытия - деревянные по металлическим балкам, чердачное - деревянное по деревянным балкам.

Перекрытия, как правило, имели значительные запасы толщины и массы. Их толщина достигала в период образования городской застройки 45-50 см, к середине прошлого столетия достигла 25-30 см, в настоящее время снизилась до 16-22 см.

Превышение размеров сечения конструкций по сравнению с современными увеличило сроки службы конструктивных элементов зданий. Достаточно отметить, что при грамотной технической эксплуатации встречаются здания с деревянными перекрытиями, прослужившими более 100 лет, несущая способность которых отвечает требованиям современных норм.

Приведенные сведения дают представление о конструктивных элементах зданий и динамике их изменения. К наиболее важным параметрам, влияющими на принятие технологии реконструктивных работ, следует отнести конструкции фундаментов, толщины наружных и внутренних несущих стен, материал перекрытий.

Конфигурация зданий является одним из ведущих параметров характеристики плана этажа. Домам старой постройки свойственны сложные планы. Однако при всех различиях возможно выделить семь типов, соответствующих планировочной компоновке жилых зданий (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Классификация основных схем планировочной компоновки жилых капитальных зданий старой постройки

Тип схемы

Схема планировочной компоновки корпуса здания

Краткая характеристика схемы

Повторяемость схем, %

Москва

С.-Петербург

I

Рядовая, или 2 корпуса расположены параллельно улице

49

16

II

Корпус П-образной формы

8

8

III

Курдонерное решение (с двумя дворами)

5

12

IV

Корпус Г-образной формы

25

9

V

Корпус Т-образной формы

2

1

VI

Корпус Н-образной формы с двумя дворами

4

3

VII

Здание с участком, застроенным по периметру, с одним или несколькими дворами-колодцами

7

54

Конструктивная схема здания - это комплекс ограждающих и несущих конструкций, объединенных в единую пространственную систему. Классификация конструктивных схем жилых зданий старой постройки базируется на основных параметрах, к которым относятся:

А - ширина здания, определяющая глубину жилых помещений, а также тип планировки;

Б - шаг лестничных клеток в здании, определяющий ширину помещений, а также их число вдоль фасада здания;

В - шаг окон, их число и размеры.

В таблице 1.3 приведена классификация конструктивных схем капитальных жилых зданий для Москвы и Санкт-Петербурга с показателем повторяемости решений.

Таблица 1.3

Конструктивные схемы капитальных жилых зданий старой постройки

Тип схемы

Схема

Характеристика схемы

Параметры, м

Повторяемость, %, Москва, С.-Петербург

А

В

I

Двухпролетная со средней продольной несущей стеной

10-18

12-30

56

II

Многопролетная с поперечными несущими стенами

14-16

12-20

11,8

III

Однопролетная с наружными несущими стенами

12-14

12-22

15

IV

Трехпролетная с двумя продольными внутренними стенами

12-24

12-36

12

V

Смешанная схема

9-18

до 25

13

Из 5 наиболее употребительных схем максимальную повторяемость имеет двухпролетная с продольной несущей стеной (56 %). Остальные схемы имеют приблизительно равное в процентном отношении распространение (12-15 %).

Прочностные и эксплуатационные характеристики жилых и общественных зданий определяются комплексом нагрузок и воздействий на здание. Эти параметры дают представление об интенсивности износа тех или иных несущих конструкций, степени надежности и долговечности зданий.

Основные виды классификации базируются по видам несущих конструкций стен и фундаментов и применяемым строительным материалам.

Более расширенная классификация учитывает современные строительные материалы конструктивных элементов здания и разделяет их на 6 групп:

1 - здания каменные, особо капитальные; стены кирпичные в 2,5-3,5 кирпича или кирпичные с железобетонным и металлическим каркасом; перекрытия железобетонные и бетонные;

2 - здания со стенами облегченной кладки из кирпича, монолитного шлакобетона, ракушечника; перекрытия железобетонные и бетонные;

3 - здания с кирпичными стенами толщиной 1,5-2,5 кирпича; перекрытия железобетонные, бетонные или деревянные;

4 - здания с крупноблочными стенами, перекрытия железобетонные;

5 - здания со стенами крупноблочными или облегченной кладки из кирпича, монолитного шлакобетона, мелких шлакоблоков, ракушечника, перекрытия деревянные;

6 - здания со стенами смешанными, деревянными рублеными и брусчатыми.

В настоящее время классификация зданий претерпела некоторые изменения в связи с массовым строительством из сборного и монолитного железобетона, с широким использованием композиционных материалов. Основные категории зданий имеют степень капитальности трех групп: особо капитальные, капитальные I и II групп.

§ 1.4. Объемно-планировочные и конструктивные решения домов первых массовых серий

В середине 50-х гг. встал вопрос огромной социальной важности: как решить острейшую жилищную проблему, как в кратчайшие сроки избавиться от неблагоустроенных бараков, подвалов и многосемейных «коммуналок», как предоставить каждой семье отдельную благоустроенную квартиру?

Основным направлением решения этой проблемы был избран индустриальный метод возведения жилых домов - строительство по типовым проектам с максимальной унификацией и типизацией архитектурно-конструктивных решений.

1950-1960-е гг. были временем необычного подъема жилищного строительства. За период менее 10 лет было построено более 100 тыс. четырех- и пятиэтажных домов общей площадью 540 млн. м2. Это строительство положило начало внедрению нового жилищного стандарта - переходу от покомнатного к поквартирному расселению семей. В таких домах проживают более 40 млн. человек, а их общая площадь составляет более 20 % городского жилого фонда страны. Острота жилищной проблемы была столь велика, что переход к новому стандарту был возможен только на базе максимальной экономичности объемно-планировочных решений квартир. Огромные масштабы жилищного строительства и ограниченность материально-технических ресурсов диктовали свои условия: строить экономно, отказавшись от прежних представлений о размерах и высоте помещений; строить из сборных конструкций с максимальной заводской готовностью изделий; строить быстро, используя строительный конвейер «ДСК - стройплощадка».

В то же время эти здания возводились из долговечных конструкций, обеспечивающих срок службы 100-125 лет, и имели необходимое инженерное оборудование.

Государственная политика в жилищном строительстве с 1957 г. ориентировалась на возведение наиболее экономичных четырех-, пятиэтажных домов с типовыми планировочными решениями квартир, запроектированных в соответствии с требованиями единых государственных норм. По мере роста национального дохода увеличивались ассигнования на расселение одной семьи в государственном жилом фонде, и в соответствии с этим изменялись нормы проектирования. В таблице 1.4 приведены максимальные величины площади квартир по нормам проектирования различных периодов.

Таблица 1.4

Общая площадь квартир (м2) по нормам проектирования

Редакция норм, год

Число комнат и тип квартир

1

2

3

4

5

6

А

Б

А

Б

А

Б

А

Б

А

Б

А

Б

1962

28

36

36

45

45

56

56

68

68

90

-

-

1971

28

36

41

48

58

63

70

74

84

91

-

-

1985

-

36

-

53

-

65

-

77

-

95

-

-

1989

28

36

44

53

56

65

70

77

84

96

96

103

Смена норм проектирования сопровождалась сменой типовых проектов и практики заселения квартир. Соотношение между количеством членов семьи и количеством комнат в квартирах Кдля периода 60-х гг. составляло К= N - 2. В более поздние периоды К= N - 1 и К = N. Такой практике способствовали предусмотренные в нормах и типовых проектах не менее двух вариантов квартир каждой комнатности по величине общей площади: квартиры типа А (меньшей площади) для заселения по формуле К и типа Б (большей площади) для заселения по формуле К = N - 1.

Сопровождавшие смену норм проектирования новые серии типовых проектов получили название «поколений». В настоящее время строительство ведется по «четвертому поколению» типовых проектов.

Период массового жилищного строительства связан с началом широкого применения элементов сборного железобетона: при возведении нулевого цикла - фундаментные подушки и блоки, сваи со сборным и монолитным ростверками; надземной части - многопустотные плиты перекрытий, панели, элементы балконов и лоджий, перемычек; покрытия из сборных карнизных блоков и панели покрытий.

До массового распространения домостроительных комбинатов основными конструктивными схемами жилых зданий являлись дома с продольными и поперечными стенами. Наиболее распространены из них кирпичные дома серии 1-447, крупноблочные здания серии 1-510 (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Объемно-планировочные решения жилых домов серии 1-447 с кирпичными стенами (а) и крупноблочных зданий серии 1-510 (б)

Первый этап в развитии индустриального жилищного строительства, осуществляемого по типовым проектам «первого поколения» (1954-1963 гг.), позволил реализовать жилищную программу и сыграл свою положительную роль. В то же время выявилось все большее количество негативных сторон. Они сводятся к градостроительным, морально-эстетическим и физическим недостаткам 5-этажной жилой застройки. Планировочные решения квартир этого периода основаны на использовании 4-квартирных унифицированных секций с номенклатурой квартир 1-2-3-3 и 2-2-2-3. Позднее были разработаны трехквартирные решения с набором квартир 1-2-3 и 2-2-2.

Начиная с 60-х гг. полносборные здания постепенно становятся основным видом строительства. В жилых полносборных домах преимущественно использовались две конструктивные схемы: панельная и каркасно-панельная (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Объемно-планировочные решения типовых зданий
а - крупнопанельные серии 1-464 с узким шагом внутренних стен; б - крупнопанельные серии 1-468 со смешанным шагом внутренних стен; в - каркасно-панельные серии 1-335 с узким шагом внутренних стен

Каркасно-панельная схема предусматривает передачу нагрузок на каркас, а при панельной схеме - на внутренние несущие панели (панели поперечных стен и перекрытий).

Преимуществами панельной системы зданий являются меньший расход стали (на 15- 20 %), простота обеспеченности общей пространственной жесткости и устойчивости здания, высокая заводская готовность элементов, малая трудоемкость возведения.

К преимуществам каркасно-панельной схемы зданий можно отнести более четкую схему передачи нагрузок, относительно небольшое влияние случайных эксцентриситетов и погрешностей, использование высокопрочных материалов для каркаса и эффективных ограждающих конструкций.

Второй этап (1964-1970 гг.) осуществлялся по типовым проектам «второго поколения». Набор квартир в них увеличился до восьми типов: 1-, 2-, 3- и 4-комнатные квартиры разделились на большие и малые. Однако принципиальные планировочные решения существенно не менялись.

Дальнейшее развитие типового жилищного строительства (1970-1980 гг.) шло по пути незначительного улучшения планировочных решений с увеличением площадей кухонь (до 7,0-7,3 м2), подсобных помещений, с созданием эркеров как для зданий из кирпича, так и для панельных жилых домов. Такое решение несколько разнообразило и улучшило архитектурные и аэродинамические параметры, снизив воздействие транспортных шумов.

Достаточно эффективными следует признать технические решения в крупнопанельном домостроении при переходе на широкий шаг внутренних несущих стен, равный 6 м. Это позволило осуществлять более гибкую планировку помещений, особенно при реконструкции зданий (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Планировочные решения жилых домов
а, б - кирпичные жилые дома серий 71 и 85 (ЦНИИЭПЖилища); в, г - крупнопанельные дома серий 83 и 78 (ЦНИИЭПЖилища)

Анализ архитектурно-планировочных решений крупнопанельных жилых зданий первых двух «поколений» показал полное несоответствие современным требованиям. Характерными признаками морального износа являются: размер кухонь, не превышающий 6 м2; наличие совмещенных санузлов малой площади; низкая звукоизоляция внутренних стен и перекрытий; дискомфорт жилых помещений вследствие нарушения тепловлажностного режима; невыразительность и однообразие фасадов.

Здания каркасных схем выполняются двух типов: полносборные, когда все элементы, включая стены и перегородки, возводятся из сборных элементов и со стенами из штучных материалов - кирпича, мелкоштучных блоков и др., и здания с неполными каркасными стенами.

Следует отметить то обстоятельство, что крупнопанельные здания начального периода индустриализации строительства (пятиэтажки 60-х гг.), несмотря на достаточно высокую конструктивную надежность, имеют малую реконструктивную способность. Это относится прежде всего к жилым домам, у которых внутренние стены являются несущими и расположены с узким шагом.

Морально-эстетическая ущербность пятиэтажной застройки усиливается тем, что был предложен и реализован практически единственный тип секционного дома, без учета демографических, исторических и архитектурных традиций районов, их климатических особенностей. Застройка такими зданиями велась без учета природного ландшафта и архитектурных особенностей окружающей застройки.

Эксплуатационные характеристики таких зданий невысоки. Они отличаются низкими теплозащитными и звукоизоляционными качествами. Так, в летнее время происходит перегрев помещений, особенно верхних этажей, из-за совмещенных крыш, а в зимний период - промерзание стыков, угловых панелей и стен. В неблагоприятных условиях находятся жилые помещения первых этажей, где на микроклимат существенное влияние оказывают наличие плохо изолированного подвального помещения, необустроенность тамбуров и входных дверей.

Практически во всех типах пятиэтажек звукоизоляция внутренних стен, перекрытий и перегородок не отвечает требованиям норм.

Стремление максимально использовать объем здания под жилое помещение определило площадь светопрозрачных ограждений в 29-30 % площади наружных стен, что привело к дополнительному увеличению теплопотерь, а несовершенство стыковых соединений панелей стен - к локальным и общим нарушениям тепловлажностного режима жилых помещений.

Конструктивные просчеты при устройстве плоских кровель привели к постоянному увлажнению помещений верхнего этажа, что существенно осложнило условия проживания.

Перечисленные обстоятельства привели к заметному снижению эксплуатационных характеристик и моральному устареванию жилых зданий данной категории.

Недостатки рассматриваемых зданий ярко проявились в результате их длительной эксплуатации без выполнения плановых ремонтных работ. В то же время исследуемый период времени следует считать началом интенсивного массового строительства жилья, позволившего существенно улучшить жилищные условия миллионов граждан. Так, только в Москве было построено около 36 млн. м2 жилой площади пятиэтажек.

§ 1.5. Жизненный цикл зданий

Жизненный цикл зданий - это время от момента обоснования необходимости их возведения до наступления экономической нецелесообразности дальнейшей эксплуатации. Периоды жизненного цикла разделяются на:

I - период по технико-экономическому обоснованию возведения здания;

II - по конструированию и проектированию;

III - по возведению с разработкой технологии, организации и технологических регламентов производства работ;

IV - по предэксплуатационному освоению;

V - по эксплуатации зданий и наработке, позволяющей обеспечить окупаемость средств, вложенных в их создание и освоение;

VI - по поддержанию конструктивных элементов и инженерных систем здания в нормальном техническом состоянии путем проведения планово-предупредительных и капитальных ремонтов;

VII - период физического и морального износа, требующий проведения модернизации, реконструкции или сноса здания. Последнее состояние является периодом окончания жизненного цикла или началом нового.

VIII - период реконструкции, восстанавливающий физико-механические и эксплуатационные характеристики зданий, включающий: I, II - технико-экономическое обоснование и разработку технической документации.

Рассматривая здание как строительную систему с конструктивными элементами из различных материалов с разной долговечностью, имеют место фазовые изменения ее параметров под влиянием факторов внешней и внутренней среды. Траектория движения системы во времени представляет собой некоторую последовательность изменения ее состояния под влиянием эксплуатационных (внутренних) режимов и внешних воздействий различного характера (механические, химические и др. процессы), приводящих к нарушению устойчивого состояния здания как сложной строительной системы.

Устойчивое состояние системы характеризуется ее равновесием на протяжении длительного периода времени.

Возможное изменение параметров здания характеризуется переходными процессами, когда система или отдельные ее элементы не обеспечивают эксплуатационную надежность и требуют ее восстановления.

Последний период характеризуется превышением затрат на поддержание равновесного состояния системы над прибылью от эксплуатации. Этот период свидетельствует о необходимости сноса здания или выполнения реконструктивных работ, восстанавливающих или переводящих его в качественно новое состояние.

На рис. 1.9 приведены основные периоды жизненного цикла зданий с распределением затрат на эксплуатацию, реконструкцию и соответствующие доходы, получаемые от выполнения комплекса работ. Продление жизненного цикла представлено областью        (VIII), которая включает комплекс работ и затрат по реконструкции с последующими расходами и доходами.

Рис. 1.9. Динамика жизненного цикла зданий (а) и распределение затрат (б) при выполнении ремонтно-восстановительных работ и реконструкции

Наиболее характерная динамика соотношения затрат и получаемой прибыли во времени приведена на рис. 1.9,б, когда на определенном периоде (V) наблюдается не только убыточность, но и небезопасность эксплуатации. Это обстоятельство свидетельствует о необходимости принятия решения по сносу здания и по возведению нового, по его реконструкции, обеспечивающей качественно новые технико-экономические показатели, а также по изменению функций здания (перевод из жилого в нежилое).

Особое значение на принятие решения оказывают район расположения здания и стоимость земельного участка, занятого под застройкой. При его высокой стоимости экономически целесообразны снос здания независимо от его физического состояния и возведение нового.

Примером таких решений является массовый снос жилых кварталов первых массовых серий в Москве.

Результаты инструментальных обследований и выявление дефектов позволяют оценить техническое состояние по степени физического износа. В свою очередь, уровень физического износа дает представление о примерной стоимости восстановительных работ и целесообразности их проведения (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Взаимоотношение уровня физического износа конструктивных элементов и здания в целом и стоимость восстановительных работ

Анализ статистических данных показывает, что с увеличением времени эксплуатации уровень физического износа постоянно возрастает и его ликвидация может превысить стоимость здания. В то же время возможно выделить критическую область К (50-60 % физического износа), когда экономически целесообразно проведение восстановительных работ.

Определяющее влияние на экономическую эффективность оказывает распределение эксплуатационных затрат с учетом различного рода отказов в течение жизненного цикла зданий (рис. 1.11), включающих три характерных периода:

- период приработки (Тпр), когда отказы являются следствием дефектов, допущенных при возведении зданий. Они интенсивно проявляются в первые годы эксплуатации зданий (1-2 года);

- период нормальной эксплуатации зданий (Тн), когда количество отказов спадает и эксплуатационные затраты определяются техническими решениями, принятыми в проекте, эти затраты в течение длительного времени возрастают;

- период физического износа (Тиз) характеризуется резким возрастанием эксплуатационных затрат за счет выработки ресурсов материалов и конструкций, используемых при возведении здания.

Рис. 1.11. Распределение эксплуатационных затрат в течение службы здания (Тц)
Тпр - период приработки; Тн - период нормальной эксплуатации; Тизн - период износа (снижения эксплуатационной надежности); Zпр, Zэк, Zизн - затраты в периоды приработки, эксплуатации и интенсивного износа зданий

Рассматривая динамику каждого из периодов, можно установить количественные характеристики воздействия случайных факторов на эксплуатационные затраты и определить источники их возникновения: в период приработки - качество выполнения строительно-монтажных работ; в период нормальной эксплуатации - качество проектных решений и технология эксплуатации зданий; в период износа - долговечность принятых материалов и конструкций.

Определяющее влияние на характер и объем эксплуатационных затрат оказывает уровень энергоэффективности зданий, включающий надежность инженерных сетей и систем, стабильность теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, режим эксплуатации зданий и показатели, характеризующие удельный расход энергоносителей.

§ 1.6. Моделирование процесса физического износа зданий

Физический износ зданий определяет такие характеристики объекта, как эксплуатационную надежность и стоимость восстановительных работ, которая в итоге оценивается экономической целесообразностью реконструкции или сноса зданий.

Физический износ жилых зданий можно аппроксимировать некоторой функцией Y(t), динамически меняющейся во времени.

Вид функции оценивается в зависимости от многих факторов: текущий и капитальный ремонт; техническая эксплуатация; уровень воздействия динамических нагрузок на фундаменты; влияние техногенных процессов; изменение геотехнического состояния оснований фундаментов; старение материала конструкций под действием атмосферных воздействий.

В соответствии с ВСН 53-86 р «Правила оценки физического износа жилых зданий» этот параметр определяется отношением стоимости ремонтных работ к его полной восстановительной стоимости.

В зависимости от уровня капитальности зданий, воздействия на объект изменившихся нагрузок и реакции здания осуществляют текущие и капитальные ремонты, предусмотренные нормативными документами.

Математическое моделирование процесса физического износа может быть представлено в виде функции Y(t), зависящей от внешних и внутренних воздействий G, имеющих постоянный характер во времени, и переменной F(t), включающей процессы осадки зданий, старение и изменение физико-механических характеристик несущих и ограждающих конструкций; инерции системы здания с массой т на ускорение функции  ; трения системы, как произведение коэффициента трения Ктр на скорость изменения состояния объекта  ; реакции здания, связанной со значением износа, который определяется долей восстановления при капитальном ремонте sd(t)Y.

Процесс физического износа может быть описан дифференциальным уравнением, полученным С.А. Болотиным.

где s - коэффициент, учитывающий степень износа; δ(t)- время проведения ремонтно-восстановительных работ со степенью износа Y.

Оценим влияние на интенсивность физического износа зданий текущего ремонта = 0. В качестве внешних воздействий и реакции здания используем экспоненциальную зависимость осадок здания во времени.

Тогда дифференциальное уравнение имеет следующий вид

где - частота проведения ремонтов;  - скорость износа;  - отношение переменных параметров воздействия к постоянным; - сила инерции объекта.

Тогда интенсивность физического износа может быть представлена зависимостью типа

где τ - постоянная времени для оценки экспоненциального уменьшения осадок фундаментов.

Для оценки интенсивности износа задаются параметры частоты текущих ремонтов. В зависимости от этого функция износа будет иметь различные степенные показатели wt, что определяет характер экспоненциальных кривых в зависимости от времени эксплуатации (рис. 1.12.). В зависимости от условий технического обслуживания график износа будет иметь вогнутую или выпуклую форму.

Рис. 1.12. Кривые износа жилых зданий в зависимости от продолжительности эксплуатации
1 - выпуклая; - вогнутая; - кривая со смешанной формой

Вогнутая форма кривой свидетельствует о более интенсивном износе в начальный период эксплуатации, а выпуклая - о стабилизации деформации зданий во времени и менее интенсивной потере эксплуатационных свойств.

В зависимости от влияния техногенных процессов и уровня восстановительных работ в период эксплуатации кривая интенсивности износа может иметь как выпуклую, так и вогнутую части, что свидетельствует о некоторой стабилизации эксплуатационной надежности в центральной части (кривая 3) и более быстрой потере эксплуатационных свойств с увеличением параметра времени.

Представленные зависимости дают возможность качественной оценки состояния объектов. Для полной оценки физического износа требуется детальное обследование конструктивных элементов с использованием современных методик, аппаратуры и инженерного расчета остаточной несущей способности зданий как сложных строительных систем.

§ 1.7. Условия продления жизненного цикла зданий

Оптимизация продолжительности жизненного цикла жилых и зданий инфраструктуры является производной целесообразных границ реконструкции, модернизации и ремонта.

В зависимости от степени соответствия функциональным и техническим требованиям они могут быть разделены на 4 группы.

I - объекты, полностью отвечающие современным жилищным стандартам.

II - объекты, требующие перепланировки основных и вспомогательных помещений путем модернизации или реконструкции здания в целом.

III - объекты, требующие больших объемов ремонтно-восстановительных работ и реконструкции.

IV - объекты, уровень износа конструктивных элементов которых таков, что они не подлежат реконструкции или модернизации.

С точки зрения затрат, капитальность работ восстанавливающего и поддерживающего характера составляет до 5 % оценочной стоимости объекта для первой группы; 5-10 % для второй; до 50 % для третьей группы. При этом ориентировочный срок эксплуатации объектов продляется на 30-50 лет.

Классификация объектов по степени физического и морального износа свидетельствует о необходимости планомерного проведения ремонтно-восстановительных работ начиная с эксплуатации построенного здания. Длительные перерывы приводят к значительному уровню затрат на восстановление требуемых эксплуатационных характеристик, а при увеличении межремонтного срока - к аварийным ситуациям.

На рис. 1.13 приведены графические зависимости уровня надежности и физического состояния жилых объектов для различных периодов восстановительных работ.

Рис. 1.13. Изменение уровня эксплуатационной надежности жилых зданий
1 - при выполнении плановых ремонтно-восстановительных работ; - при выполнении восстановительных работ для зданий с низким уровнем эксплуатационной надежности; - при отсутствии или эпизодических этапах восстановительных работ; - интенсивное снижение эксплуатационной надежности при воздействии техногенных процессов

При соблюдении плановых и текущих ремонтов (кривая 1) жизненный цикл зданий увеличивается, достигая параметров морального износа с сохранением физико-механических характеристик, определяющих эксплуатационную надежность.

Перерывы в восстановительных работах (кривая 2) существенно снижают общий жизненный цикл зданий, а для их восстановления требуются значительные затраты, в т. ч. производство работ с отселением жильцов.

При длительном отсутствии ремонтно-восстановительных работ наступление критической фазы, характеризуемой потерей несущей способности конструктивных элементов, существенно снижает жизненный цикл и само существование объекта.

Влияние техногенных процессов, отклонений режима эксплуатации, скрытые дефекты, вызванные нарушением технологии производства работ, также приводят к снижению жизненного цикла.

В этих случаях прогноз долговечности зданий основывается на оценке вероятностно-статистических моделей с использованием данных мониторинга состояния несущих, ограждающих конструкций и инженерного оборудования.

Данные исследований по оценке несущей способности конструктивных элементов крупнопанельного домостроения свидетельствуют о повышении их несущей способности вследствие длительного процесса гидратации цемента. Несмотря на это, недопустимые деформации зданий могут возникнуть от преждевременного износа и аварийных ситуаций сетей водопровода и канализации, когда интенсивное замачивание основания фундаментов приводит к потере устойчивости здания в целом. Несвоевременный ремонт и восстановление сетей, как правило, приводят к ситуациям, когда стоимость восстановительных работ конструктивных элементов здания в сотни раз превышает затраты на поддержание сетей.

Особенно при оценке надежности жилых зданий и методов их восстановления это относится к ремонтам, где повышен уровень сейсмичности, имеются процессы подтопления территорий, интенсивного развития карстовых образований, увеличения динамических нагрузок от транспорта и др.

Снижение жизненного цикла зданий связано с производством работ по уплотнению застройки, возведению заглубленных частей зданий и сооружений вблизи существующих. Как правило, использование технологий, нарушающих сплошность грунтового основания зданий, динамические нагрузки при забивке свай, изменение гидрогеологического режима в результате устройства противофильтрационных завес и водопонижения, прокладка трубопроводов глубокого заложения без необходимого крепления стенок приводят к изменению устойчивости зданий вследствие дополнительных неравномерных осадок фундаментов.

Очевидно, что сохранение жилищного фонда, повышение энергоэффективности зданий, модернизация и реконструкция застройки для средних и малых городов являются единственным путем предотвращения лавинообразного выхода из эксплуатации значительной части жилых зданий и системы инфраструктуры. Задержка в решении этого вопроса существенно повышает затратный механизм восстановительных работ и создает социальную напряженность ремонтов.

Для планирования и управления этими процессами необходимы проведение инвентаризации жилого фонда на предмет оценки физического и морального износа зданий, разработки долгосрочных программ по повышению эксплуатационной надежности зданий, восстановления энергосистем как наиболее изношенных элементов, способствующих созданию критических ситуаций, особенно в зимний период.

§ 1.8. Основные положения по реконструкции жилых зданий различных периодов постройки

Для построек различных периодов строительства требуется индивидуальный подход в разработке методов и технологий их реконструкции. При этом в основе процесса должно быть заложено не отдельно стоящее здание, а их комплекс - группа зданий, квартал или микрорайон. Это позволяет осуществить комплексную оценку градостроительной ситуации и принять наиболее рациональные решения, отвечающие современным условиям и обеспечивающие логическую связь различных архитектурных течений. При этом возможны варианты уплотнения и разуплотнения застройки, рационального использования межквартального, подземного пространства и систем коммуникации.

Повышение коммерческой стоимости земли в центральных частях городов приводит к необходимости уплотнения застройки, приемы которой позволяют осуществить эти решения при одновременных сносе и расширении межквартального пространства.

Застройка разных периодов имеет свои особенности, что приводит к многообразию вариантных решений, эффективность которых может быть оценена сложившейся ситуацией и потребительским спросом.

Переход от общих градостроительных задач к частным (на уровне реконструируемого объекта) требует учета факторов технического состояния, в том числе степени износа конструкций, состояния основных несущих и ограждающих элементов, архитектурно-планировочных решений реконструируемого здания, инженерных сетей и коммуникаций.

Эстетические задачи связаны с необходимостью внесения новых элементов повышенной художественной и культурной ценности застройки.

На уровне принятия решения при рассмотрении реконструируемого объекта в градостроительной системе требуется владение информацией, существенно влияющей на оценку затрат по восстановлению несущей способности, повышению капитальности и компенсации затрат путем увеличения объема, перепрофилирования объектов и создания более высоких комфортных условий.

Как правило, здания жилого фонда ранних периодов постройки имеют различные уровень капитальности конструктивных элементов и сроки их безотказной работы. Для периода до 40-х гг. характерно применение деревянных перекрытий, долговечность которых существенно ниже ограждающих конструкций, выполненных в кирпиче. Переход на массовое использование железобетонных конструкций повысил долговечность перекрытий, но снизились характеристики ограждающих конструкций, их надежность и долговечность. Существенно претерпели изменения принципы формирования объемно-планировочных решений зданий, снизив комфортность квартир.

Для большинства жилых зданий старой постройки их реконструкция состоит в частичном или полном перепрофилировании, создании объемно-планировочных решений, исключающих коммунальное заселение, рациональном использовании первых этажей под различные административные, коммерческие и производственные нужды.

Особое значение приобретает реконструкция жилых зданий старой постройки с увеличением их строительного объема путем надстройки этажей, расширения корпусов, устройства различных вставок и т.п.

При сохранении функций здания их реконструкция должна быть основана на принципах укрупнения при формировании архитектурно-планировочных объемов из несменяемых конструкций. Такой технический прием позволяет повысить гибкость планировочных решений на любом этапе эксплуатации и осуществить перепланировку помещений в зависимости от динамики роста семьи, социального уровня жильцов, экономического состояния владельца квартиры.

Что касается жилого фонда первых и последующих массовых серий, то в основе концепции реконструкции должны быть заложены принципы и технические решения, обеспечивающие снижение физического и морального износа зданий, повышение долговечности, комфортности проживания и снижение эксплуатационных затрат.

При этом одной из важных задач является решение социальных вопросов путем создания инфраструктуры, учета интересов различных слоев населения, обеспечения экологически здоровой среды обитания.

Опыт обновления жилых домов первых массовых серий по результатам проектных разработок и их практической реализации можно разделить на несколько уровней в зависимости от степени сложности:

без изменения типового проектного решения жилого здания с выполнением реконструктивных работ по восстановлению надежности несущих конструкций и повышению эксплуатационных качеств;

без изменения типового проектного решения, но с частичной перепланировкой путем ликвидации проходных комнат с восстановлением эксплуатационных качеств здания;

с изменением структуры квартир без увеличения строительного объема здания путем объединения квартир в пределах секции и их перепланировки;

с изменением структуры квартир путем увеличения объема здания за счет пристройки объемов и надстройки мансардного этажа, устройство квартир в двух уровнях;

с изменением структуры квартир путем увеличения объема здания за счет расширения корпуса и надстройки несколькими этажами.

При выполнении работ по модернизации и реконструкции жилых зданий особое внимание должно уделяться повышению эксплуатационных характеристик и в первую очередь снижению энергопотребления за счет повышения теплотехнических параметров ограждающих конструкций. Эти требования распространяются на здания старого жилого фонда, жилых домов первых и последующих массовых серий.

Модернизация жилых зданий без изменения строительного объема не требует значительных материальных и энергетических затрат и составляет 25-40 % восстановительной стоимости жилого дома. При изменении структуры квартир - 35-50 %.

Реконструкция жилых зданий с увеличением строительного объема имеет возможность удовлетворения практически любых демографических требований при достаточно высоком уровне комфортности жилья. Эта форма реконструкции наиболее затратна и, как правило, требует проведения работ с отселением жильцов, что возможно при соответствующем инвестировании проектов.

При реконструкции зданий с надстройкой эффективность решений существенно повышается. Так, при устройстве мансардных этажей стоимость работ не превышает 40-50 % нового строительства, а возведение дополнительных этажей снижает себестоимость единицы площадей на 25-30 %.

Рассмотренные концептуальные положения отражают и определяют взаимосвязи комплексного процесса, направлены на механизм принятия оптимальных решений, что в условиях рыночной экономики оценивается надежностью инвестиционных проектов и их рентабельностью.

ГЛАВА 2
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 2.1. Общие положения

Здания и сооружения представляют собой сложные строительные системы, состоящие из ряда конструктивных элементов, объединенных с помощью различных стыковых соединений. Особенностью таких систем является то обстоятельство, что их эксплуатационные качества и в первую очередь долговечность разнородны и зависят от таких же качеств составляющих их элементов, а также связей между ними. В результате неадекватности воздействия внешней среды, внутренних технологических и эксплуатационных процессов в различных конструктивных элементах возникают напряжения и деформации, способствующие процессам разрушения.

Разрушение нагруженных конструкций проходит три стадии: стадию зарождения трещин в местах концентрации напряжений и образования различных дефектов, стадию медленного их развития и стадию лавинообразного разрушения при достижении критических напряжений и деформаций.

Начало разрушения обусловливается неблагоприятным сочетанием ряда факторов внешнего и внутреннего воздействий. Возникновение одних дефектов носит случайный характер, других - обусловлено организационными и технологическими причинами. Выявлением дефектов и воздействиями на них возможно существенно повысить качество зданий, эксплуатационную надежность, продлить их долговечность. При этом большое значение приобретают инженерные методы диагностики технического состояния зданий и конструктивных элементов.

Анализ причин повреждений элементов зданий позволяет выделить четыре группы факторов, степень влияния которых в каждом конкретном случае может быть различной по интенсивности воздействия (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Классификация повреждений конструктивных элементов зданий

Воздействие внутренних факторов включает природные и искусственные. К природным факторам следует отнести атмосферные, климатические, грунтовые, биологические и сейсмические воздействия. Из группы факторов следует выделить атмосферные, биологические и грунтовые условия, влияние которых в последние десятилетия заметно активизировалось.

В частности, наличие выбросов и загрязнений химическими соединениями атмосферы городов приводит к непрогнозируемым воздействиям, разрушающим ограждающие конструкции, кровли и другие конструктивные элементы. Широкая гамма химических соединений вступает в реакцию с материалом конструкций и способствует возникновению новообразований, нарушающих структурно-механические свойства и существенно снижающих долговечность конструктивных элементов. Особой опасности при этом подвержены композиционные строительные материалы с наличием полимерных материалов и соединений.

Опыт эксплуатации городских территорий показал, что ликвидация естественных насыпей, выемок и активное вмешательство в изменение естественного ландшафта приводят к изменениям геологического характера: повышению уровня грунтовых вод, карстовых образований, нарушениям физико-механических характеристик оснований зданий и другим негативным явлениям.

Воздействие технологических факторов проявляется в результате повышения агрессивности сред, технологических загрязнений и механических воздействий. При этом агрессивными могут быть как атмосферные, так и грунтовые среды. Особое значение приобретают загрязнения грунтового основания и распространение их в результате миграции атмосферных и грунтовых вод. Так, при утечке технологических загрязнений промышленного комплекса последние попадают в грунтовые воды и распространяются на значительные площади, включая и зону жилых зданий. В результате этого, казалось бы, в удаленном от источников загрязнений районе наблюдаются разрушения фундаментов жилых зданий.

Повышение интенсивности транспортных артерий, увеличение грузоподъемности машин и подвижного состава рельсового транспорта приводят к возрастанию воздействий вибрационного и ударного характера. В сочетании с изменившейся структурой грунтов эти воздействия могут принимать весьма опасные размеры. Так, повышение влажности оснований приводит к увеличению скорости распространения колебаний, снижению демпфирующих свойств грунта и в конечном итоге дополнительным динамическим воздействиям на жилые дома. В ряде районов РФ из-за высокой активности техногенных процессов повысился уровень сейсмичности, что требует не только пересмотра норм на новое строительство, но и незамедлительного принятия мер по усилению существующих зданий с целью повышения уровня надежности.

Проявление дефектов при проектировании и технологии производства работ приводит к снижению долговечности и несущей способности зданий. Наиболее часто возникновение дефектов связано с нарушениями технологических регламентов производства работ на стадиях возведения нулевого цикла, надземной части, устройства кровли, производства отделочных работ и т.п. Вероятность возникновения значительных дефектов повышается при производстве работ при отрицательных температурах, стесненных условиях, отсутствии инструментального контроля со стороны заказчика и инвесторов.

Нарушение режима эксплуатации зданий является одной из главных причин преждевременного возникновения дефектов в конструктивных элементах зданий. Наличие протечек кровли приводит к замоканию и размораживанию элементов стенового ограждения, перекрытий, балконных плит, козырьков и других выступающих элементов. Протечки, связанные с авариями системы водоснабжения или канализации, приводят к переувлажнению основания, размыву подошвы фундаментов, что нередко приводит к потере устойчивости здания, вызванной неравномерными осадками.

Нарушение температурно-влажностного режима эксплуатации зданий является причиной снижения эксплуатационной надежности ограждающих конструкций и изменения физико-механических характеристик материала конструкций.

Это далеко не полный перечень факторов и причин, вызывающих повреждения, которые приводят к возникновению дефектов трех категорий. I категория - приводящая к аварийному состоянию здания; II - возникновению повреждений, снижающих несущую способность и эксплуатационную надежность зданий; III - повреждения, не снижающие несущую способность конструкций и легко ликвидируемые при ремонте.

Уровень и значимость повреждений возможно оценить, используя инженерные методы диагностики. Комплекс исследований позволяет получить полное представление о состоянии конструктивных элементов, что является основой для оценки остаточной долговечности зданий, требуемого объема восстановительных работ и методов реконструкции [65].

§ 2.2. Физический и моральный износ зданий

С момента введения здания в эксплуатацию все элементы и конструкции постепенно снижают свои качества. Эти изменения являются следствием воздействия многих физико-механических и химических факторов. К наиболее важным из них относятся: неоднородность материалов; напряжения, вызывающие микротрещины в материале; попеременное увлажнение и высушивание; периодические замораживания и оттаивания; высокий температурный градиент, приводящий к неоднородным деформациям и разрушениям структуры материала; химическое воздействие кислот и солей; коррозия металла; загнивание древесины и т.п. При этом интенсивность протекания процессов колеблется в достаточно широких пределах и является следствием экологического состояния окружающей среды, уровнем технической эксплуатации, капитальности зданий и качества выполнения строительно-монтажных работ.

Надежность и долговечность конструкций зависят от интенсивности разрушительных процессов. Основной характеристикой зданий является долговечность. Под этим термином понимают такой расчетный срок службы, в течение которого материал или конструкция сохраняют свои свойства и заданные характеристики. Под физическим износом конструкций и зданий подразумевается ухудшение технического состояния, приводящее к потере прочностных, эксплуатационных и других качеств.

Величина физического износа - это количественная оценка технического состояния, показывающая долю ущерба по сравнению с первоначальным состоянием технических и эксплуатационных свойств конструкций и здания в целом.

Прогнозирование износа - сложная многофакторная задача. В связи с наличием в здании огромного количества разнопрочных и разнодолговечных конструкций и материалов нереально спрогнозировать весь срок его службы как сочетание сроков службы каждого элемента в отдельности.

Теоретически предполагается, что физический износ здания со временем увеличивается (рис. 2.1, кривая 1). Фактически, по результатам натурных обследований, параметры физического износа менее интенсивны (кривая 2) в результате поддержания элементов здания в нормальном техническом состоянии и могут периодически снижаться (кривая 3) при выполнении ремонтных сроков эксплуатации зданий.

Рис. 2.1. Изменение физического износа зданий
- по данным С.К. Балашова; - по статистическим данным; - при выполнении ремонтно-восстановительных работ

Вообще ремонту должны подвергаться только сменяемые конструкции, срок службы которых менее нормативного срока службы несменяемых конструкций. В свою очередь, несменяемые конструкции при наличии физического износа должны подвергаться регенерации, т.е. процессам, обеспечивающим восстановление несущей и эксплуатационной способности. В результате использования новых материалов и технологий восстановительные работы могут существенно повысить уровень надежности и долговечности конструкций и здания в целом.

Результаты обследований показывают, что износ зданий и отдельных его элементов происходит более интенсивно в первые 20-30 лет эксплуатации и после 90-100 лет. Анализ развития физического износа конструктивных элементов свидетельствует, что срок службы зданий существенно превышает усредненные и нормативные значения. Данные позволяют сделать вывод, что здания II группы капитальности, уцелевшие и просуществовавшие 70 лет и имеющие при этом износ 40 %, как бы стабилизируются и их дальнейшее существование остается без заметных изменений в условиях нормальной эксплуатации.

В зависимости от капитальности нормами определены усредненные сроки службы конструкций в годах.

 

I группа    

II группа

III группа

Фундаменты ..............

150

125

100

Стены.........................

150

125

100

Перекрытия ...............

150

100

50

Опыт эксплуатации зданий показывает, что технический срок службы превышает нормативные значения, которые являются в некотором смысле условными. Об этом свидетельствуют различные нормативные сроки для одинаковых конструкций различных стран. Так, расчетный срок службы фундаментов в Венгрии и Бельгии составляет 150, Франции - 100, Швеции - 80 лет.

Физический износ конструкций связан прежде всего со старением материалов и изменением условий эксплуатации. Снижение физико-механических характеристик материала в результате старения соответствует плавному изменению степени износа, в то время как изменение условий эксплуатации и внешних воздействий способствует более резкой и скачкообразной интенсивности износа.

На рис. 2.2 приведены данные по физическому износу фундаментов жилых домов старой постройки за период более 100 лет. При этом установлены области интенсивного износа, связанные с возрастанием динамических нагрузок от транспортных средств, а также вызванные техногенными процессами.

Рис. 2.2. Интенсивность износа фундаментов
- при нормальной эксплуатации здания; - при изменении внешних воздействий; - при возрастании внешних нагрузок; - при замачивании фундаментов (аварийные ситуации)

Статистическая обработка результатов исследований зависимости процента износа от продолжительности эксплуатации зданий первых массовых серий показала, что интенсивность старения зависит от конструктивной схемы, применяемых материалов и конструкций, а также от характера эксплуатации и планомерности проведения ремонтных работ. Так, для зданий со стенами из кирпича и железобетонными перекрытиями период времени до постановки на капитальный ремонт составляет 15-20 лет, до проведения текущего ремонта - 3-5 лет.

Отсутствие текущего и капитального ремонтов характеризуется кривыми износа 1,3 (рис. 2.3), а при соблюдении правил и технических условий эксплуатации - кривой 2.

Рис. 2.3. Зависимости износа жилых зданий от продолжительности эксплуатации
- крупнопанельные с внутренними несущими стенами и наружными однослойными панелями из легких бетонов; - здания с кирпичными стенами и железобетонными перекрытиями; - крупнопанельные с наружными многослойными стенами

Жизненный цикл зданий возможно повысить при выполнении элементарных требований по их эксплуатации.

Оценка степени износа конструктивных элементов, их несущей способности и ограждающих функций является достаточно сложной и трудоемкой задачей и требует инженерных методов диагностики.

Физический износ оценивается, как правило, методом натурных обследований.

Оценка степени физического износа по общей характеристике технического состояния приведена в таблице 2.2. Рассматриваются четыре степени физического износа и примерная стоимость восстановительных работ. Несвоевременное восстановление несущей способности конструктивных элементов, как правило, приводит к росту стоимости восстановительных работ, иногда превышающей стоимость самих конструкций.

Таблица 2.2

Оценка степени физического износа по материалам визуального и инструментального обследования

Физический износ, %

Оценка технического состояния

Общая характеристика технического состояния

Примерная стоимость работ, % стоимости конструктивных элементов

0-20

Хорошее

Повреждений и превышающих деформаций нет. Имеются отдельные дефекты, устраняемые ремонтом

До 10

21-40

Удовлетворительное

Конструктивные элементы пригодны для эксплуатации, но требуют ремонта

15-30

41-60

Неудовлетворительное

Эксплуатация конструкций возможна при условии восстановительных работ

40-80

61-80

Плохое

Состояние конструктивных элементов аварийное. Необходимы меры безопасности и полная замена конструкций

90-120

Экономическая целесообразность реконструкции жилых зданий может быть установлена путем сравнения расходов на реконструкцию с затратами на строительство нового здания такой же площади с учетом сроков дальнейшей эксплуатации.

Моральный износ зданий - это устаревание со временем типов, параметров и объемно-планировочных решений зданий, их оборудования и отделки, художественно-стилевых особенностей архитектуры и внешнего облика зданий в связи с изменением представлений общества. Категория морального износа зданий включает прежде всего изменившиеся со временем нормы и представления об условиях проживания различных слоев населения. Это обстоятельство привело к разработке нормативов, являющихся обязательными при проектировании жилых зданий. Рассматривая систему морального износа в динамике, следует отметить несколько фаз развития нормативной базы жилищного строительства. К основным показателям, существенно влияющим на моральный износ зданий, следует отнести объемно-планировочные решения и, в частности, площадь нежилых помещений - кухни, санитарного узла, подсобных помещений, наличие инженерного оборудования - мусоропровода, лифта и т.п. Немаловажное воздействие на показатель морального износа оказывают факторы архитектурно-планировочных решений: высота этажа, соотношение размеров комнат, общая площадь квартир, объем помещений, приходящийся на одного жильца.

Анализ данных периода индустриального строительства показывает, что большая часть построенного жилищного фонда за период с конца 50-х до начала 90-х годов является морально устаревшей, не отвечающей современным нормативам. Характерными чертами возведенных зданий первого периода индустриализации являются исключительно малые площади кухонь (4-6 м2), наличие совмещенных санитарно-технических узлов, практически отсутствуют прихожие и холлы, а высота этажа составляет 2,5-2,6 м.

Второй период индустриализации связан с широким использованием крупноблочного и панельного строительства зданий высотой 9-12 этажей. Для жилищного фонда этой категории характерно некоторое улучшение архитектурно-планировочных решений за счет применения строительных систем с более широким шагом внутренних стен. Это позволило формировать квартиры с большей площадью, однако размеры подсобных помещений, кухонь и прихожих получили незначительное увеличение, не обеспечивающее размещение современного оборудования (посудомоечные и стиральные машины, встроенные холодильники и др.).

§ 2.3. Методы обследования состояния зданий и конструкций

Обследование зданий является важнейшей частью комплекса работ по оценке их технического состояния с целью принятия решений по их реконструкции, модернизации или ремонту. Основная цель диагностики технического состояния зданий заключается в установлении фактической несущей способности и эксплуатационной надежности строительных конструкций. Полученные данные используются при разработке проектов реконструкции.

Оценка физико-механических и технических характеристик конструктивных элементов и здания в целом как сложной строительной системы включает: оценку общих и местных деформаций, состояние основания, фундаментов, несущих и ограждающих конструкций, кровли и т.д.

Конечным результатом обследования является оценка физического состояния конструкций и здания в целом. Немаловажная роль при этом отводится ликвидации причинных факторов износа конструкций.

Работа по обследованию выполняется в два этапа.

I - предварительное, или общее обследование. Осуществляется путем визуального осмотра здания и его конструкций, ознакомления с технической документацией и другими материалами, помогающими составить более полное представление об объекте. Осмотром должны быть выявлены участки и отдельные конструкции, имеющие максимальные повреждения. На этом этапе должны быть приняты меры по временному усилению конструкций.

В результате изучения проектной документации должны быть установлены: период строительства, время проведения капитальных ремонтов, изменения режимов эксплуатации, даты возможных аварий, связанных с затоплением фундаментов или подвальной части, подъемом уровня грунтовых вод и т.п. Изучение архитектурно-строительных, конструкторских, инженерных сетей и коммуникаций и других рабочих чертежей позволит сделать предварительный вывод о расчетных и фактических нагрузках и воздействиях, инженерно-геологических условиях строительства и особенностях эксплуатации зданий.

Для более полного представления о состоянии объекта должны быть использованы дополнительные материалы: акты сдачи объекта в эксплуатацию, акты на скрытые работы, журналы производства работ, документация о проведенных ремонтно-восстановительных работах и т.п.

В случае частичного или полного отсутствия проектной документации необходимо выполнить натурные обмеры конструкций и восстановить чертежи здания. При этом в процессе обмерочных работ устанавливаются конструктивная схема, размеры сечений несущих и ограждающих конструкций, положение конструкций в пространстве с привязкой к координатным осям и отметкам. При этом необходимо определить деформации конструкций, условия опирания, конструкции узлов и их состояние, имеющиеся дефекты несущих и ограждающих конструкций.

По результатам предварительного обследования проводится ориентировочная оценка технического состояния здания и намечается программа детального обследования.

II - детальное обследование. Проводится с целью сбора достоверных сведений для оценки технического состояния конструкций. В результате обследования устанавливают их положение в плане и по высоте, определяют сечение несущих элементов, осадок, смещений и других отклонений от проекта. Систематизируются дефекты и повреждения конструкций, узлов и сопряжений. Уточняются сведения об эксплуатационной среде, устанавливается величина статических и динамических нагрузок, действующих на основание фундамента, основные несущие конструкции. Уточняются расчетные схемы несущих конструкций для выполнения поверочностных расчетов.

Детальное обследование конструкций следует выполнять выборочно или сплошным. Сплошное обследование предполагает проверку всех конструкций, а выборочное - отдельных элементов.

Сплошное обследование осуществляется во всех случаях, когда: отсутствует техническая документация, обнаружены дефекты конструкций, снижающие их несущую способность, неоднородные свойства материалов конструкций, различные условия нагружения при воздействии неблагоприятных условий эксплуатации.

Если в процессе сплошного обследования обнаружится, что не менее 20 % однотипных конструкций находится в удовлетворительном техническом состоянии, то допускается оставшиеся конструкции обследовать выборочно. Объем выборочно обследуемых элементов должен составлять не менее 10 % однотипных конструкций, но не менее трех.

Особое внимание при детальном обследовании уделяется оценке значений физико-механических характеристик материала ограждающих и несущих конструкций. Она производится методом отбора проб с последующими испытаниями, а также неразрушающими методами.

При проведении детальных обследований должны быть установлены вид и степень агрессивности окружающей среды, колебания уровня грунтовых вод, характер динамических воздействий и природа их возникновения.

На этапе детальных обследований проводятся инженерно-геологические изыскания с целью получения более достоверных сведений о состоянии и характере залегающих грунтов, в том числе под подошвой фундаментов, о размерах фундаментов, способах и схемах передачи нагрузок на основание, точности геометрических осей несущих конструкций. Особое внимание уделяется характеру изменения свойств грунтов за период эксплуатации.

Результатом обследования являются: тип фундамента, его форма в плане, размеры и глубина заложения, материал фундамента и его физико-механические характеристики, наличие и состояние гидроизоляции.

Инженерно-геологические изыскания проводят при отсутствии рабочих чертежей фундаментов зданий, исполнительных документов по их возведению, при размещении объектов в сложных инженерно-геологических условиях (на подрабатываемых и подтопляемых территориях, на площадках с большим перепадом высот, при длительной эксплуатации зданий).

Детальное обследование - весьма продолжительный и трудоемкий процесс, поэтому необходимость его проведения должна быть доказана на этапе предварительного обследования.

При выполнении всех видов работ по обследованию конструкций необходима четкая регистрация полученных данных с оформлением актов технического состояния конструкций, материалов, инженерного оборудования.

§ 2.4. Инструментальные средства контроля технического состояния зданий

Техническое обследование зданий имеет целью определить физическое состояние конструкций, степень изменения свойств материалов, дефекты конструкций. Оно производится перед реконструкцией, учитывает будущую перепланировку помещений, возможную замену перекрытий, надстройку и другие решения. Это приводит к увеличению постоянных и временных нагрузок. Поэтому получение наиболее полных данных о фактическом состоянии несущих и ограждающих конструкций с учетом изменения их во времени служит исходным материалом для проектирования реконструктивных работ.

В процессе диагностики и освидетельствования строительных конструкций зданий, для определения физико-механических свойств материалов, геометрических характеристик, прогибов и перемещений, дефектоскопии и т.п. применяют самые разнообразные приборы и оборудование.

Для определения соответствия проектному положению строительных конструкций, включая деформации всех видов, применяются геодезические приборы и приспособления (теодолиты, нивелиры). Для измерения кренов и колебаний зданий применяют оптические лазерные приборы вертикального проецирования.

При обследовании конструкций применяют теодолиты Т2, 2Т5К, нивелиры H1, H05, КОН-007, оптические центровочные приборы ОЦП-2, «Зенит-ОЦГТ», «Зенит-ЛОТ» и др.

Широко используются фототеодолиты различных марок с приспособлениями для обработки данных измерений в виде стереофотограмметрических камер, инженерных фотограмметров, стереокомпараторов и др. Для повышения точности геодезических измерений используются лазерные приборы.

Определение прочностных и деформативных свойств материалов, из которых изготовлены и возведены конструкции зданий, осуществляется методами прямых испытаний образцов. Несмотря на достаточно высокую трудоемкость этих работ, данный метод позволяет получить более достоверные результаты.

Для извлечения образцов широко используются универсальные кернообразователи с алмазными коронками. Они позволяют получать образцы материала в виде цилиндров при различном расположении конструкций. В результате механических испытаний определяются: прочность, плотность, водонепроницаемость и другие физико-механические характеристики.

Для получения требуемой достоверности испытаний используются вероятностно-статистические методы, учитывающие случайный характер распределения свойств материала.

Извлечение опытных образцов из конструкции часто затруднительно. Поэтому при обследовании зданий широко используются неразрушающие методы испытаний.

Приборы для определения прочностных и деформативных свойств материалов конструкций базируются на применении:

I. механических методов - методы пластических деформаций, основанные на вдавливании штампа в поверхность материала (молоток Кашкарова, склерометр Шмидта, прибор КМ, молоток Физделя и др.); методы испытаний на отрыв и скалывание, основанные на отделении бетона путем отрыва со скалыванием (гидравлические пресс-насосы); метод упругого отскока - прибор КМ и др.;

II. физических методов - ультразвуковые методы, основанные на измерении скорости распространения упругих волн. Ультразвуковые дефектоскопы Пульсар, Tico, Бетон 12М, УК-12М (рис. 2.4), измерители прочности бетона, кирпича и других материалов конструкций ОНИКС-2.3, Digi Schmidt (рис. 2.5); ПИК-1 и т.п.; радиоизотопные, основанные на определении плотности по изменению интенсивности гамма-излучения; магнитный для определения толщины защитного слоя арматуры ИЗC-10Н и др.

Рис. 2.4. Ультразвуковые дефектоскопы отечественного (Пульсар) (а) и зарубежного производства (Tico) (б)

Рис. 2.5. Измерители прочности бетона
а - Оникс-2.3 производства фирмы «Карат» (РФ); б - молоток Шмидта (Германия)

Для определения динамических характеристик используются виброметры ВИСТ-2, измеритель механических напряжений и колебаний ИНК-2, амплитудомеры, вибромарки, электронная виброизмерительная и записывающая аппаратура в составе: пьезодатчиков ускорения или перемещений, усилителя и записывающего прибора. При этом запись динамических параметров производится как на ленте с помощью механических или световых систем, так и на компьютере с программным обеспечением расшифровки динамических параметров - амплитуды, частоты колебаний, ускорения, а также амплитудно-частотных спектров. По данным тарировочных испытаний определяются динамические параметры строительных систем.

Современные приборы диагностики обеспечивают не только достаточно высокую точность измерений с пределом погрешностей 3-5 %, но и имеют малые габариты, графический дисплей с подсветкой, оптоинтерфейс - канал информационной связи с компьютером и программы компьютерного анализа.

Для измерения усилий, передаваемых на конструкции лебедками, домкратами и др., применяют гидравлические и пружинные динамометры, прогибомеры типа ПМ-3, ПАО-5, электронные измерители деформации ЭИД, ТЦМ с использованием тензорезисторов различного типа. Для определения углов поворота конструкций используют клинометры.

Широкое распространение для оценки состояния конструкций получили неразрушающие методы натурных испытаний. Их применяют для установления прочности на сжатие R, которая определяется как функция f(х1) механической или физической характеристики материала, полученной опытным путем.

Особое место в определении дефектов бетонных, железобетонных и каменных конструкций отводится ультразвуковому методу испытаний. С его помощью определяются дефекты конструкций (полости и пустоты, глубина трещин, толщина поврежденного слоя и т.п.).

Определение прочности бетона по скорости прохождения ультразвука осуществляется при сквозном, диагональном и поверхностном прозвучивании (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Принципиальная схема дефектоскопа (а), схемы определения прочности бетона сквозным (б), диагональным (в) и поверхностным (г) прозвучиванием, (д) - градуированная кривая «прочность - скорость ультразвука»
1,- точки установки преобразователей; - испытываемая конструкция; - кабели; 5 - источник ультразвука; - цифровой индикатор

Используя градуировочную зависимость «прочность бетона - скорость ультразвука», производится оценка прочностных характеристик конструкций.

На рис. 2.7 приведены некоторые примеры определения дефектов железобетонных конструкций. Для обнаружения пустот и каверн в теле бетонных и железобетонных конструкций используется сквозное ультразвуковое прозвучивание. Зона дефекта оценивается как область с резким снижением скорости ультразвука (рис. 2.7,а).

Для обнаружения и оценки глубины трещин в бетонных и железобетонных конструкциях используются известные в строительстве импульсные ультразвуковые приборы. Применяют поверхностное прозвучивание. Расстояние между ультразвуковыми датчиками составляет 120-400 мм. О наличии трещины свидетельствует изменение времени распространения ультразвуковых колебаний на базе измерения. Для обнаружения трещин удобнее использовать приборы с датчиками на фиксированной базе и сухим контактом (рис. 2.7,б).

При заметном увеличении времени распространения ультразвукового сигнала, свидетельствующего о трещине, может быть установлена ее глубина. Для этого трещина должна располагаться под центром базы установки датчиков. Глубину трещины определяют по соотношению

где l - база установки датчиков; tσ, t0 - время распространения ультразвуковых колебаний в бетоне на базе l при наличии и отсутствии трещины.

Толщина поврежденного бетонного слоя (рис. 2.7,в) определяется по характеру падения скорости прохождения ультразвука (v1v2) по следующей зависимости   где v1v2 - соответственно скорости распространения импульсов в слое с нарушенной и ненарушенной структурой.

Рис. 2.7. Определение дефектов железобетонной конструкции ультразвуком
а - определение пустот; б - определение трещин; в - ультразвуковой прибор; г - определение зон отслоившегося и разрушенного бетона; д - график распространения скорости ультразвука; 1,- преобразователи ультразвука; - испытываемая конструкция; - зона дефектов; 5 - график изменения скорости ультразвука

Сопоставительный анализ неразрушающих методов испытания бетона конструкций показал правомочность и достаточно высокую однородность результатов, полученных прибором упругого отскока КМ, эталонным молотком Кашкарова, ультразвуковым способом и методом непосредственных испытаний образцов, выбуренных из тела конструкций. Коэффициенты вариации по прочности соответственно составили при испытании колонн - 10,3; 10,4; 10,0 и 12,6 %; при испытании плит перекрытий - 12,6; 11,8; 12,9 и 13,8 %; при испытании блоков фундаментов - 16,8; 20,4; 19,6 и 20,8 %.

Для полной оценки железобетонных конструкций необходимо знать состояние арматуры и величины защитного слоя бетона. Наиболее эффективным и достаточно универсальным является магнитный способ, а также вскрытие арматуры на наименее напряженных участках конструкций с последующим восстановлением.

Магнитный способ определения защитного слоя арматуры достаточно прост в обращении, имеет высокую степень точности измерения. Переносной прибор ИЗС-10Н позволяет проводить измерения в стесненных условиях и не требует высококвалифицированного персонала. Он обеспечивает обнаружение арматуры с определением ее диаметра от 4 до 32 мм. Диапазон измерения толщины защитного слоя - от 5 до 50 мм. Допустимая погрешность измерения составляет 5 %. Прибор удобен в эксплуатации, имеет малые габаритные размеры и массу в пределах 4,5 кг.

Новое поколение электронных приборов-измерителей защитного слоя типа ПОИСК-2.2, Profometr и др. (рис. 2.8) имеет автоматизированную систему оценки диаметра арматуры. Поиск арматуры и определение проекций стержней осуществляются по цифровой, тонально-звуковой и мнемонической информации. Прибор имеет габариты 145´40´25 мм, потребляет мощность 0,02 Вт, обеспечивает диапазон толщин защитного слоя до 120 мм при диаметре арматуры 3-50 мм.

Рис. 2.8. Прибор для измерения и регистрации защитного слоя бетона

Вскрытие арматуры для оценки ее состояния является приемом, когда отсутствуют инструментальные средства контроля требуемых параметров, и широко используется в практике диагностирования железобетонных конструкций.

Для оценки и наблюдения за раскрытием трещин в бетонных, железобетонных и каменных конструкциях используются различные системы маяков, микроскопов и индикаторов часового типа.

Помимо физико-механических характеристик и дефектов несущих конструкций весьма важно произвести оценку следующих параметров, существенно влияющих на комфортность проживания, санитарно-гигиенические условия и эксплуатационные качества жилища, таких, как: воздухопроницаемость стыков панелей; влажность утеплителя стен; состояние герметика стыков; теплозащитные свойства ограждений; звукоизоляция ограждений; газовый состав воздуха в помещениях; воздухообмен, влажность воздуха, температура, освещенность помещений; скорость движения воздуха в помещениях и другие параметры.

Следует отметить, что в последнее время разработан ряд приборов, обеспечивающих контактное и бесконтактное измерение параметров с цифровой или магнитной записью процессов. Наиболее эффективными следует считать тепловизоры, с помощью которых производится инструментальная съемка динамики теплопередачи ограждающих конструкций, лазерные системы термощупов, электронные газоанализаторы и др.

На рис.2.9 приведен пример регистрации температурных полей фасада здания с помощью тепловизора. Для оценки температур различных участков используется цветовая шкала, с помощью которой возможно оценить температурные параметры отдельных участков и фасадной поверхности в целом.

Рис. 2.9. Температурные поля фасада здания, зарегистрированные тепловизором

Для количественной оценки теплопотерь и тепловых полей при неоднородности стенового ограждения и примыкания светопрозрачных конструкций (окна, балконные двери и т.п.) очень важен выбор приборов, оптимально решающих задачу бесконтактной регистрации тепловых полей, с учетом разрешающей способности и с учетом критерия «цена - качество».

Известно, что одними из основных факторов, определяемых при регистрации тепловых сетей и влияющих на погрешность оценки термического сопротивления и обнаружения дефектов строительных конструкций, являются пространственная разрешающая способность и температурная погрешность регистрации, а также и временной интервал процесса проведения контроля.

С точки зрения получения реальной картины тепловых полей и источников теплопотерь целесообразно использовать приборы с более высокой разрешающей способностью.

Исследования и анализ аномальных температурных участков ограждающих конструкций, проведенные О.Н. Будадиным, и их оптимизация показали, что пространственный шаг регистрации должен находиться в пределах 120 мм. С учетом изложенного следует применять приборы, обеспечивающие не только требуемую разрешающую способность, но и их быстродействие.

В таблице 2.3 приведены зарубежные и отечественные приборы и их разрешающая способность.

Таблица 2.3

Характеристики тепловизоров

№ п.п.

Наименование прибора (тип прибора, страна-производитель)

Пространственное разрешение (пиксели), М´N

Частота кадров, Гц

Время контроля поверхности 1000 м2(разрешение - 120 мм), с

Погрешность измерения температуры

Цена (базовый комплект), тыс. долл.

Время регистрации одного измерения, с

1

2

3

4

5

6

7

1

Thermacan PM 595 (тепловизор, США)

320´240

60

3

3

±2°С

85,0

2

TVS-100 (тепловизор, Япония)

320´240

10

3

3

±2%

35,0

3

Varioscan-3022 (тепловизор, Германия)

180´120

0,8

3

10

±2°С

50,0

4

ИРТИС (тепловизор, Россия)

220´175

0,5

4

20

±2 %

19,0

5

Aurora (тепловизор-сканер, Россия)

110´60

0,6

4

100

±1°С

19,0

Для достоверной оценки теплотехнических характеристик необходимо учитывать их тепловое состояние с периодом 1-3 часа. Из этого критерия следует осуществлять выбор прибора, обеспечивающего получение реального состояния тепловых полей.

Так, время контроля поверхности стен с разрешением 120´120 мм составляет от 3 минут до одного часа с уровнем погрешности ± 2 °С.

Кроме контрольных функций целесообразно использовать тепловизоры при назначении технологии производства работ с использованием энергоэффективных блоков стенового ограждения, где материал швов определяет уровень теплопотерь (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Термограмма стены крупнопанельного здания (а) и гистограмма (б), построенная с шагом 160´160 мм

Использование экспериментальных участков с различными материалами швов позволит оптимизировать технологию работ с позиций теплотехнической однородности.

Применение тепловизоров при заводском изготовлении наружных стеновых панелей является эффективным средством выбраковки, определения мостиков холода, зон более высокой плотности бетона и др. технологических нарушений.

Отклонение указанных параметров от нормативных значений приводит к разной потере эксплуатационных качеств, повышению расхода тепла на обогрев помещений, изменению микроклимата квартир и другим негативным моментам.

Так, постоянное увлажнение помещений и высокие теплопотери в результате продуваемости стыков приводят к частому заболеванию жильцов. Эти же параметры существенно влияют и на долговечность конструкций.

Слабая звукоизоляция внутренних стен, перекрытий, лестничных площадок и лифтовых шахт, характерная для крупнопанельных жилых зданий, приводит к дискомфорту проживания, а повышенные вибрационные нагрузки - к нарушению герметичности стыков и их преждевременному разрушению.

Существенное влияние на условия проживания оказывают химический состав воздуха и наличие агрессивных компонентов, что может являться результатом внешнего воздействия, а также реакцией материала конструкций и отделочных покрытий при взаимодействии с атмосферой.

Наличие блуждающих токов и других электромагнитных явлений в конструкциях жилых зданий также приводит к нарушению комфортности проживания.

Использование строительных материалов, не проверенных на радиоактивность, приводит в некоторых случаях к повышенному радиационному фону помещений. Это относится прежде всего к стеновым материалам из шлака и золы гидроудаления. Поэтому постоянный контроль за присутствием радиоактивности в щебне и других материалах обязателен при выполнении реконструктивных работ.

Одним из критериев, существенно влияющих на комфортность проживания, является воздухообмен помещений. Требования СНиП нормируют расход воздуха для различных помещений, что достигается методами принудительной и естественной вентиляции. Особое место при этом отводится оценке воздухопроницаемости ограждающих конструкций и их влиянию на микроклимат помещений.

Этими требованиями обеспечивается поддержка чистоты воздуха в помещениях, которая достигается не только кратностью воздухообмена, но и требованиями к элементам зданий и отделочным материалам по их способности выделять вредные вещества.

Экологическая чистота жилых помещений и зданий в целом формирует условия безопасного проживания граждан, обеспечивающие минимально необходимые санитарно-гигиенические условия, образующие внутренний микроклимат: температурный режим; влажностный и подвижный режимы воздуха; приемлемые уровни шума и вибраций; концентрации вредных химических веществ в воздухе; освещенность и инсоляция; уровни электромагнитного и ионообразующего излучения; уровень статического электричества.

Комплекс минимально допустимых параметров дает представление о критериях экологически чистого жилья и экологической безопасности. Каждая квартира или жилой дом должны иметь санитарно-гигиенический паспорт, составленный на основе инструментальной проверки физического состояния. Особое значение данный документ приобретает при выполнении реконструктивных работ, объемы которых ежегодно возрастают.

§ 2.5. Определение деформаций зданий

Под воздействием постоянных и переменных нагрузок в зданиях могут возникать деформации. Они подразделяются на местные, когда перемещения, прогибы или повороты происходят в узлах и конструкциях, и общие, когда перемещается и деформируется здание в целом. В свою очередь, деформации могут быть остаточными и упругими, исчезающими при снятии нагрузки.

Для измерения местных деформаций используются различные системы прогибомеров и индикаторы часового типа.

Общие деформации здания являются следствием просчетов в подборе фундаментов, что приводит к неравномерной осадке различных частей здания, а также к нарушениям эксплуатационного режима - замачиванию грунтов вследствие аварии сетей водо- и теплоснабжения, изменению гидрогеологических условий.

Для измерения осадок, кренов, смещений зданий используют методы инженерной геодезии. Смысл диагностики заключается в сопоставлении отметок реперов и осадочных марок. Реперы закладываются на такую глубину, чтобы их основанием служили практически несжимаемые грунты. Их располагают вокруг здания на расстоянии 30-100 м.

Осадочные марки устанавливают в фундаменты по периметру здания. Положение их осей выносят на стены и фиксируют несмываемой краской. С помощью нивелирования определяют характер общих осадок для различных участков здания (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схемы определения осадки зданий и кренов
а - схема регистрации осадки здания: Роп - опорные репера; ОМ - осадочные марки; б, в - определение крена здания методом измерения горизонтальных углов: А, А1 - центры знаков на расстоянии 30-50 м от здания; СС1 - удаленные знаки; В - марка на верхней части здания; γ, γ1 - измеряемые углы

Крены зданий фиксируют боковым нивелированием или измерением горизонтальных углов. Использование клинометров и кренометров позволяет получить более точные характеристики деформаций. Для измерения наклонов используют точные уровни с измерительным винтом.

Линейная величина частных кренов, мм, определяется по зависимостям (рис. 2.8,б)

где γ, γ1 - приращение угла в одну сторону; L, L1 - расстояние от сооружения до знака; ρ - коэффициент перевода углов в линейное значение.

Измерение сдвигов зданий осуществляется с помощью теодолита. При этом боковое смещение измеряют от прямых линий, фиксируемых вдоль периметра здания. В качестве линии отсчета используют струну или лазерный луч.

Более точным средством регистрации деформаций является метод фотограмметрии, который позволяет получать графическое изображение объекта с параметрами отклонений различных его точек.

Особое внимание при диагностике технического состояния зданий отводится оценке геометрического положения несущих и ограждающих конструкций, узлов и сопряжений, деформаций в виде прогибов, угловых смещений и т.п. Эти параметры измеряются традиционными методами и сравниваются с допустимыми значениями.

В местах, неудобных для геометрического нивелирования из-за стесненности условий работ, используется гидростатическое нивелирование. Гидростатический прибор подвешивается к высотным маркам и по разности отсчетов по соседним трубкам определяется величина превышений. Точность измерений составляет 0,1 мм.

После регистрации деформаций отдельных конструкций производят сравнение с допустимыми значениями (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Значение предельно допустимых прогибов

№ п.п.

Элементы конструкций

Предельно допустимые прогибы

1

Железобетонные перекрытия с плоским потолком при пролете, м:

 

 

l < 6

1/200

 

6 < l < 7,5

3 см

 

l > 7,5

1/250

2

Перекрытия с ребристым потолком, м:

 

 

l < 5

1/200

 

5 < l < 10

2,5 см

 

l > 10

1/400

3

Металлические балки перекрытий при пролете, м:

 

 

l < 6

1/250

 

6 < l < 7,5

2 см

 

7,5 < l < 10

1/400

4

Стеновые панели самонесущие при пролете, м:

 

 

l < 6

1/200

 

6 < l  < 7,5

3 см

 

l > 7,5

1/250

Данные измерений деформаций представляют в виде исполнительной схемы и журнала изменений. Они используются для составления заключения о техническом состоянии здания.

§ 2.6. Дефектоскопия конструкций

Обследование оснований и фундаментов

Для зданий, подлежащих реконструкции, требуется в первую очередь установить несущую способность оснований и фундаментов, их техническое состояние. Работы по обследованию предусматривают выполнение инженерно-геологических, гидрогеологических и инженерных работ. Обследование оснований выполняется в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83*.

Основная цель обследований состоит в оценке инженерно-геологического состояния грунтов, залегающих под подошвой фундамента, а также состояния фундаментов, их целостности, деформативности, устойчивости и прочности материала.

Обследования производят с помощью открытых шурфов, количество и месторасположение которых определяются в каждом конкретном случае. Проходку шурфов осуществляют в наиболее нагруженных и ненагруженных участках, у наружных и внутренних стен, колонн, столбов и т.п. Число закладываемых шурфов принимают по одному у каждого вида конструкции в наиболее нагруженном и ненагруженном местах, при наличии повторяющихся секций - в одной секции отрывают все необходимые шурфы, а в остальных по 2-3 шурфа в наиболее нагруженных местах, в местах, где предполагается установка промежуточных опор или пристройка дополнительных объемов.

Получение достоверных результатов о состоянии основания и фундаментов исключительно важно при увеличении или изменении характера нагрузки, при надстройке, устройстве заглубленных помещений вблизи существующих зданий и в других случаях.

Шурфы отрывают вблизи участков, имеющих значительные деформации, а также в зонах, где предусматриваются надстройка, пристройка и другое повышение нагрузок.

При отсутствии рабочей документации на основания и фундаменты количество, глубина и расположение шурфов в плане должны быть достаточными для восстановления планов и разрезов фундаментов и установления несущей способности основания.

Обработка результатов исследований позволяет сделать вывод о состоянии основания фундаментов, их несущей способности, степени износа конструкций, фактическом сопротивлении грунтов. Устанавливаются зоны, где необходимо укрепление грунтов с целью повышения их несущей способности.

При оценке состояния фундаментов более поздних построек, выполненных из элементов сборного бетона и железобетона, процесс дефектоскопии существенно упрощается.

При наличии технической документации возможно частичное обследование, что существенно снижает трудоемкость и стоимость работ.

В таблице 2.5 приведены характерные повреждения и их причины для фундаментов: свайных, ленточных крупноблочных и сборно-монолитных фундаментов жилых зданий первых массовых серий (кирпичных и крупнопанельных). Причинами дефектов и повреждений служат, как правило, нарушения в технологии производства работ, эксплуатационные условия, отклонения в изготовлении конструкций и др.

Таблица 2.5

Повреждения и дефекты фундаментов и грунтов основания

Конструктивный элемент или его часть

Повреждения

Основные причины повреждения

Естественные основания

Грунт основания фундамента

Уменьшение расчетного сопротивления грунта, увеличение агрессивности среды

Эксплуатационные факторы: увлажнение, увеличение нагрузки и ошибки при проектировании

Свайные фундаменты

Сваи

Сваи не объединены в ростверк

Нарушение условий забивки свай или устройства ростверка

Смещение в плане от проектного расположения свай

Нарушение проекта в процессе устройства свайного фундамента

Несоответствие класса бетона примененных свай проектному

То же

Сваи не забиты до проектной отметки

Нарушение в процессе устройства свайного фундамента

Стальная арматура, закладные и соединительные детали

Коррозионные следы на поверхности конструктивных элементов

Коррозия арматуры, закладных деталей

Коррозия арматуры, закладных деталей, соединительных накладок

Эксплуатационные факторы, нарушения в процессе изготовления

Ростверк

Общие деформации ростверка в вертикальной или горизонтальной плоскости

Нарушения в технологии устройства; эксплуатационные факторы; ошибки при проектировании

Трещины шириной более 0,3 мм в бетоне ростверка, распространение отдельных из них на цокольные панели

Нарушение технологии производства работ. Эксплуатационные факторы; ошибка при проектировании

Местные деформации (смятие, сколы и др.) бетона ростверка, в том числе в местах опирания панелей

Нарушение технологии производства работ в процессе возведения; неправильная установка панелей

Гидроизоляция

Полное или частичное отсутствие вертикальной и горизонтальной гидроизоляции ростверка

Нарушения в процессе возведения зданий

Защитные и защитно-декоративные покрытия

Полное или частичное отсутствие защитного покрытия на сваях (ростверке)

Нарушения при изготовлении свай

Фундаменты ленточные крупноблочные сборно-монолитные, фундаменты отдельно стоящих стен технических подполий

Горизонтальные и вертикальные поверхности

Общие деформации в вертикальной или (и) горизонтальной плоскости (искривления, перекосы, прогибы, выпучивания и др.)

Эксплуатационные факторы; неравномерная осадка; пучение грунта; уменьшение устойчивости грунта и др.

Бетон фундаментов, стен

Разломы или трещины шириной более 0,3 мм

То же

Высолы и следы сырости на стенах технического подполья

Нарушение в технологии производства работ и изготовлении цокольных панелей, устройстве фундаментов и стен

Стыки блоков и цокольных панелей

Трещины в растворе швов стыков

Отклонения от технологии производства работ. Эксплуатационные факторы

Выпадение раствора из стыков и мест сопряжений; разрушение бетона в зоне стыков по краям панелей и мест сопряжений

То же

Увлажнение бетона в зоне стыков блоков и панелей

Эксплуатационные факторы: повреждения гидроизоляции; повышение уровня грунтовых вод и др.

Диагностика каменных и армокаменных конструкций

При обследовании каменных и армокаменных конструкций прежде всего выделяются наиболее ответственные несущие конструкции. С помощью приборов устанавливают степень отклонения от проектного положения. Особое внимание уделяется местам опирания перемычек, балок, плит перекрытия и покрытия, характеру сопряжения стен между собой.

Среди причин возникновения дефектов следует выделить: механические, динамические, температурно-влажностные воздействия, а также дефекты, обусловленные неравномерностью осадок основания. Последние, как правило, приводят к наиболее значительным дефектам.

В зависимости от характера изменения осадки фундаментов вследствие технической эксплуатации зданий и других техногенных процессов возможно развитие растягивающих напряжений в кладке, приводящих к образованию трещин. Основные варианты развития трещин состоят в (рис. 2.12):

1 - осадке средней части здания за счет просадочных явлений в грунтах основания. Она вызывает параболические кривые, образованные сетью трещин, расширяющихся книзу и наклоненных к центральной оси здания;

2 - осадке крайних частей здания, что вызывает параболические кривые, образованные сетью трещин, расширяющихся кверху и наклоненных к краям здания;

3 - разломе здания вследствие максимальных осадок крайних частей здания и минимальной осадки в центральной части. Образуется сквозная вертикальная, расширяющаяся кверху трещина. Причиной может служить местная подпирающая опора в грунте основания центральной части здания;

4 - просадке части здания, приводящей к образованию вертикальной извилистой трещины одинаковой толщины раскрытия.

Рис. 2.12. Вид трещин в каменных стенах зданий при основных видах осадки грунта оснований
а - осадка средней части здания; б - осадка крайних частей здания; в - разлом здания; г - просадка части здания; - сопротивление грунта основания

Вторая группа воздействий, приводящая к трещинообразованию кирпичной кладки, относится к конструктивным деформациям и включает три стадии напряженно-деформированного состояния.

1-я стадия - начало трещинообразования происходит при нагрузках, составляющих 40-60 % разрушающих, при кладке на слабых растворах (менее 1 МПа), 50-70 % - при кладках на растворах средней прочности (1-2,5 МПа), 70-90 % - на прочных растворах (более 5 МПа). Эта стадия включает появление трещин, распространяемых на высоту 2-3 рядов кладки, совпадающих с вертикальными швами кладки. Появление трещин свидетельствует о превышении нагрузки несущей способности кладки;

2-я стадия - при возникновении значительных напряжений в кладке. Она характеризуется появлением вертикальных трещин в нескольких рядах кладки;

3-я стадия трещинообразования соответствует аварийному состоянию.

На рис. 2.13 приведена схема распределения нормальных и касательных напряжений в кирпичной кладке, моделируемой пластиной с прямоугольными отверстиями. При равномерно распределенной нагрузке максимальные нормальные напряжения концентрируются на границе отверстий, а касательные - в простенках. Примерное соотношение напряжений приведено на эпюрах по характерным сечениям.

Рис. 2.13. Распределение напряжений в стене-пластине с проемами и выпучивание кирпичных простенков
а - нормальные напряжения; б - касательные напряжения; в - схема деформаций; г - расчетная схема

Определяющее влияние на концентрацию напряжений оказывает процесс старения кладки (выветривание и разрушение швов) в результате влагомассопереноса и влияния цикличных процессов замораживания-оттаивания. В результате обжатия швов в определенной части кладки возникают напряжения, превышающие ее несущую способность.

Методом визуального наблюдения легко устанавливается наличие трещин, сколов. По характеру их расположения можно судить о причинах возникновения дефектов. Так, при увеличении нагрузки выше расчетной наблюдается образование вертикальных трещин различной степени раскрытия. Недостаточная длина опирания перемычек, неправильное выполнение кирпичной кладки над проемами, устройство перемычек над витринными проемами без устройства портала приводят к характерному образованию трещин. Причиной образования трещин в простенках могут служить: применение материалов, не отвечающих проектным требованиям; некачественная перевязка швов в кладке; неправильное выполнение температурных и деформационных швов; нарушение технологии производства работ в зимнее время; перегрузки при надстройке здания и др.

Появление наклонных трещин может иметь различные причины. В первую очередь они вызваны неравномерностью осадок фундамента из-за недостатков в подготовке основания, смещения осей, наложения дополнительных нагрузок от пристраиваемых зданий. Нарушение эксплуатационного режима здания происходит в результате подтопления или вымывания основания атмосферными или техническими водами, увлажнения грунта из-за протечек, понижения уровня грунтовых вод при производстве работ вблизи возведенного здания и др.

Деформации внутренних стен в местах примыкания к наружным вызваны более высокой нагрузкой и отсутствием в этих местах армирования кладки.

На рис. 2.14,в приведены характерные примеры образования трещин для рассмотренных случаев.

В процессе обследования очень важно знать динамику раскрытия трещин во времени. Для этой цели на трещины устанавливают гипсовые, стеклянные или металлические маяки. Гипсовые и стеклянные маяки устанавливают на стене, предварительно очищенной от штукатурки. Используются цементные или гипсовые растворы. Металлические маяки изготавливают из кровельной стали и крепят к стене клеем или дюбелями. На маяках выставляются номер и дата установки. Динамика развития деформаций регистрируется в журнале наблюдений. Глубину трещин определяют с помощью щупов и игл, а ширину раскрытия - с помощью микроскопов МПБ-2, Мир-2. Пределы измерений МПБ-2 составляют до 6,5 мм, а Мир-2 - от 0,015 до 0,6 мм.

Рис. 2.14. Характерные примеры образования трещин в кирпичных стенах
а - вертикальные трещины в простенках; б - то же, в зоне заделки перемычек; в - деформации внутренних стен в местах примыкания к наружным стенам

Важным этапом обследований является процесс определения физико-механических характеристик кладки. Этому этапу предшествуют качественная оценка кладки и ее соответствие техническим требованиям: толщина швов и перевязка, соблюдение горизонтальности рядов, вертикальность стен и др. Для механических испытаний материала каменной кладки из малонагруженных элементов конструкций извлекаются образцы или выбуриваются керны, которые испытываются с использованием стандартного оборудования.

При зондировании отбирают пробы материала не менее чем через каждую четверть толщины стены. Число точек зондирования принимают в зависимости от размеров здания и его этажности (таблица 2.6).

Таблица 2.6

Число точек зондирования для различных зданий

Количество секций в здании

Несущие каменные стены

Число этажей

до 3

4-5

свыше 5

1-2

3

4

4

3-4

5

7

8

Более 4

7

9

10

Определение прочности камней производится в соответствии с ГОСТ 8462-85, раствора - ГОСТ 5802-86. Морозостойкость материалов каменной кладки испытывают в соответствии с ГОСТ 7025-91.

Условие, при котором поврежденные каменные и армокаменные конструкции подлежат усилению, имеет следующий вид

КбпР > ТР

где Кбп - коэффициент безопасности (Кбп - 1,7 для неармированной кладки, 1,5 - для кладки с сетчатым армированием); Р - фактическая нагрузка в момент обследования; - несущая способность конструкции без повреждений; КТР - коэффициент, учитывающий снижение несущей способности (табл. 2.7) при наличии повреждений.

Таблица 2.7

Значения коэффициента К снижения несущей способности кладки в зависимости от характера повреждений

№ п.п.

Характер повреждения кладки стен, столбов и простенков

К при кладке

неармированной

армированной

1

Трещины в отдельных кирпичах, не пересекающие растворные швы

1,0

1,0

2

Волосяные трещины, пересекающие не более двух рядов кладки

0,9

1,0

3

То же, при пересечении не более 4 рядов при числе трещин не более 4 на 1 м ширины стены, столба или простенка

0,75

0,9

4

Трещины с раскрытием до 2 мм, пересекающие не более 8 рядов кладки, при числе трещин не более 4 на 1 м ширины стены, столба, простенка

0,5

0,7

5

То же, при пересечении более 8 рядов

0

0,5

При этом для расчета конструкций принимается средний предел прочности кладки , который при известных марках кирпича и раствора принимается равным удвоенной величине расчетного сопротивления кладки .

Для испытаний из различных участков каменной конструкции отбирают образцы. Предел прочности при сжатии кирпича определяется на образцах, состоящих из двух кирпичей или из двух половинок, а предел прочности при сжатии камней определяется на целом камне.

Предел прочности при сжатии Rсж (МПа) определяют по зависимости

где Р - наибольшая нагрузка, кН; А - площадь поперечного сечения, м2.

Предел прочности при изгибе Rизг (МПа) определяют согласно схеме испытания

где Р - наибольшая нагрузка; l - расстояние между осями опор; b, h - ширина и высота сечения образца, м.

Полученные данные используются для определения предела прочности RКЛ кладки при сжатии по средней прочности камня и раствора

где А - конструктивный коэффициент, зависящий от вида кладки и прочности камня

т, п - коэффициенты, зависящие от вида кладки; Rр, RK - прочность раствора и камня.

Значения коэффициентов а, b, т, п приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8

№ п.п.

Вид кладки

Значения коэффициентов

а

b

т

п

1

Из кирпича, кирпичных блоков и камней правильной формы с высотой ряда 50-150 мм

0,2

0,3

1,25

3,0

2

Из сплошных камней правильной формы с высотой ряда 180- 360 мм

0,15

0,3

1,10

2,5

3

То же, из пустотелых камней

0,15

0,3

1,50

2,5

4

Из сплошных крупных блоков с высотой ряда более 150 мм

0,09

0,3

1,10

2,0

5

Из бутового камня

0,2

0,25

2,50

8,0

Коэффициент изменчивости прочности кирпичной кладки принимается С = 0,15, а условное нормативное сопротивление RН = RКЛ(1 - 2С) = 0,7RКЛ. Вероятностное понижение прочности кладки с учетом имеющихся ослаблений (пустошовка, гнезда, отклонения от вертикали) дает значение RКЛ = 0,5RН.

При наличии повреждений кладки стен, столбов и простенков вводится коэффициент снижения несущей способности КТР (таблица 2.7).

Диагностика и оценка остаточной несущей способности бетонных и железобетонных конструкций

Обследование бетонных и железобетонных конструкций осуществляется в соответствии с требованием СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». Обнаруженные при обследовании дефекты разделяются на следующие по степени важности группы: дефекты, приводящие к снижению и потере несущей способности; частично снижающие несущую способность с изменением геометрических размеров; отклонения в геометрических размерах при сохранении несущей способности, вызывающие непригодность к технической эксплуатации.

Одни и те же дефекты могут создавать условия непригодности как по несущей способности, так и по потере эксплуатационных качеств. Например, прогибы, превышающие допустимые значения, исключают нормальную эксплуатацию конструкций. В то же время снижение несущей способности приводит к аварийному состоянию. Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси изгибаемого элемента в растянутой зоне, более 0,4 мм свидетельствует о превышении требований по второй группе предельного состояния и одновременно указывает на возможность достижения предела текучести арматурной стали, что сопряжено с потерей несущей способности конструкции.

Наиболее характерными дефектами железобетонных и бетонных конструкций являются трещины. Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, возникающими в конструктивных элементах в процессе их изготовления, транспортирования и монтажа, а также обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды.

К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные, вызванные нарушением технологического режима твердения бетона; в результате резких температурных перепадов отдельных участков конструкции и напряжений, возникающих при этом; трещины технологического происхождения, возникающие в элементах сборного железобетона при изготовлении; в результате нарушений условий складирования, транспортирования и монтажа. Объем дефектов такого происхождения достаточно велик и составляет около 60 %.

Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, имеют следующее происхождение: возникающие в результате температурных деформаций, неправильного устройства или отсутствия температурных и деформационных швов; вызванные неравномерностью осадок грунтового основания, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ в непосредственной близости к фундаментам, динамическими нагружениями, связанными с забивкой свай, уплотнением грунта, близким расположением автотранспортных магистралей и т.п.; обусловленные силовыми воздействиями, превышающими расчетные значения. Последнее обстоятельство связано с увеличением нагрузок от надстройки зданий.

Наиболее опасными являются дефекты, полученные при возведении монолитных конструкций и производстве работ при отрицательных температурах. В этом случае из-за неравномерностей температурных полей возникают дополнительные напряжения, приводящие не только к образованию трещин, но и к нарушениям структуры бетона, снижению физико-механических характеристик, адгезии арматуры с бетоном. Трудноисправимые дефекты возникают при ранней распалубке монолитных конструкций. Так, при распалубке перекрытий, не достигших прочности 70 % Rб, наблюдаются высокие деформации (прогибы), восстановление которых представляет достаточно большие трудности. Увеличение скорости нагружения стеновых конструкций, превышающей интенсивность набора прочности бетоном, приводит к возникновению опасных напряжений.

В каждом конкретном случае необходимо проведение анализа и расчета напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций.

В изгибаемых элементах, работающих по балочной схеме, возникают трещины, перпендикулярные продольной оси, вследствие появления растягивающих напряжений в зоне действия максимальных изгибающих моментов и трещины, наклонные к продольной оси, вызванные главными растягивающими напряжениями в зоне действия перерезывающих сил и изгибающих моментов.

Разрушение бетона сжатой зоны свидетельствует о потере несущей способности конструкции.

Появление в изгибаемых элементах поперечных трещин, проходящих через все сечение, связано с воздействием дополнительного изгибающего момента в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости действия основного изгибающего момента.

Трещины в зоне опорной части балок и плит перекрытий указывают на нарушения в анкеровке преднапряженной арматуры, а также недостаточное косвенное армирование. Смятие опорных частей сборных плит является следствием нарушения технологического процесса - замоноличивания пустот опорной части или их заполнения бетонными вкладышами.

В изгибаемых элементах появление трещин сопутствует увеличению прогибов и углов поворота. Аварийными следует считать прогибы изгибаемых элементов более 1/50 пролета при ширине раскрытия в растянутой зоне более 0,5 мм.

Оценка прочностных и деформативных характеристик бетонных и железобетонных конструкций реконструируемых зданий является наиболее трудоемкой и важной операцией. Достоверные результаты способствуют принятию решения по сохранению конструкций здания, предотвращению аварийных ситуаций, разборке и ограждению зоны аварийных конструкций.

Оценка повреждения железобетонных конструкций классифицируется как слабая при снижении несущей способности до 15 %, средняя - до 25 %, сильная - до 50 % и полная - свыше 50 %.

Получение достоверных данных о состоянии железобетонных конструкций связано со степенью точности натурных исследований. На основании полученных результатов дается оценка остаточной несущей способности и эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций. В основе оценки заложен принцип расчета несущей способности и эксплуатационной пригодности согласно СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». На первом этапе определяются несущая способность сечений, прогибы, ширина раскрытия трещин. Эти данные сравниваются с реальным состоянием конструктивных элементов.

Если acrc ≤ [acrc]; f ≤ [f], то конструкция считается пригодной к дальнейшей эксплуатации без усиления или восстановления.

Здесь приняты обозначения: - фактическое внешнее усилие (продольная сила N, изгибающий момент М, поперечная сила Q); Fn - теоретическая несущая способность сечения элемента; - фактические геометрические размеры сечения; Rbn - нормативное сопротивление бетона, определенное по фактической кубиковой прочности бетона Rsn, γb - коэффициент надежности по бетону; γbi - коэффициент условий работы бетона конструкций.

По фактическому значению средней кубиковой прочности бетона, полученной в результате прямых или неразрушающих методов диагностики, определяется коэффициент КизЗатем по СНиП 52-01-2003 устанавливаются класс бетона и все характеристики, необходимые для расчета железобетонных конструкций.

Коэффициент изменчивости свидетельствует о степени повреждения материала конструкций. При его значениях менее 0,8 эксплуатация конструкций без дополнительных мероприятий по разгрузке и временного крепления недопустима. В этом случае целесообразность расчета отпадает, так как требуется принятие более радикальных решений. Если Киз ≥ 0,8, то производится расчет конструкций. При расчете принимается фактическая площадь сечения арматуры с учетом коэффициента Кd, учитывающего степень ослабления площади сечения арматуры коррозией

где d0 - исходный диаметр арматуры;  - средний сохранившийся диаметр прокоррозированной арматуры с доверительной вероятностью 0,95.

где di - выборочные значения диаметра; Sdk - среднее квадратичное отклонение; t0,95 - коэффициент Стьюдента; Rsn - нормативное сопротивление арматуры; γs - коэффициент надежности по арматуре; γsi - коэффициент условий работы арматуры; acrc, f - расчетная ширина раскрытия трещин и прогиб, вычисленные при фактических прочностных характеристиках бетона и арматуры;[acrc], [f] - допустимые ширина раскрытия трещин и прогиб.

Если в результате расчета разница между полученными и допустимыми по нормам значениями не превышает 25 %, то выполняются расчеты второго этапа, где методами статического моделирования определяются надежность конструкции и ее безотказная работа по первой и второй группам предельных состояний.

В случае невыполнения одного из неравенств конструкцию необходимо усилить.

§ 2.7. Дефекты крупнопанельных зданий

Малоэтажные крупнопанельные здания первых серий практически являлись экспериментальным полигоном по отработке как конструктивных, так и технологических регламентов будущих массовых серий полносборного строительства жилья. В этой связи неизбежны конструктивные, архитектурно-планировочные и технологические недостатки, которые со временем эксплуатации способствовали возникновению дефектов в зданиях.

Опыт эксплуатации показал, что повреждения начинаются в наиболее уязвимых местах конструкций. Такими являются места сопряжения различных материалов и конструкций; узлы опирания внутренних, наружных стен и плит перекрытия; места ввода коммуникаций; стыки отвода атмосферных вод, наружных стеновых панелей, выступающие элементы балконов, козырьков и парапетов.

Дефекты панельного строительства можно представить в виде трех блоков, представляющих собой: дефекты, возникающие на стадиях изготовления конструктивных элементов, монтажа конструкций и технической эксплуатации зданий.

Наиболее характерные дефекты и причины их возникновения приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Классификация дефектов панельных зданий первых массовых серий

Взаимосвязь строительных конструкций и функционирование здания как сложной строительной системы приводят в ряде случаев к компенсации дефектов, но в большинстве - к развитию их зоны, вовлечению в процесс старения и разрушения прилегающих участков и здания в целом. Анализ дефектов конструкций и аварий показывает, что они вызваны действием как одной, так и совокупностью комплекса причин. Ошибки проектных решений составляют 4 % дефектов; низкое качество изготовления деталей и конструкций - 17,6 %; низкое качество монтажа - 41,6 %; неудовлетворительная эксплуатация зданий - 8 %; совокупность различных причин - 17,6 %. По времени проявления недостатки распределяются следующим образом: на период строительства - 48 %, на окончание строительства (период сдачи объекта) - 20 %; на процесс эксплуатации - 22 %, на период после капитального ремонта - 3 %.

Заводское изготовление сборных конструкций крупнопанельного домостроения характеризуется различными технологиями и оборудованием для производства работ, которые в совокупности дают представление о качестве конструкций, их долговечности и эксплуатационной надежности. В этом плане существенное значение приобретают процессы приготовления бетонных и других строительных смесей, технология укладки и вибрационных режимов уплотнения, режимы тепловой обработки ускоренного твердения, качество форм и их геометрическая неизменяемость.

Приготовление бетонной смеси является одним из важных технологических переделов, существенно влияющих на однородность материала и в конечном итоге на физико-механические характеристики. Весьма важными являются точность дозирования составляющих, учет влажности, однородность перемешивания.

В период начала массового крупнопанельного строительства отсутствовали эффективные средства управления технологическими свойствами бетонных смесей. Основным приемом улучшения удобоукладываемости являлось повышение фактора В/Ц. Это приводило к снижению плотности материала и, соответственно, морозостойкости. Избыточная вода, не вступая в химические реакции с цементом, остается в бетоне в виде пор или капилляров, испаряется, оставляя воздушные поры. В результате этого бетон ослабляется, и чем выше В/Ц, тем ниже прочность бетона.

При снижении фактора В/Ц технологические свойства бетона ухудшаются. Жесткий бетон для его уплотнения требует мощного воздействия вибрационными или виброударными режимами. При этом достаточно трудно получить высокую однородность и степень уплотнения. Известно, что недоуплотнение бетона на 1 % приводит к потере прочности на 5-8 %.

Снижение однородности бетона наблюдается при использовании как подвижных смесей за счет частичного расслоения, так и жестких смесей в результате недоуплотнения определенных зон.

Наиболее ярко эти эффекты проявились при кассетном производстве внутренних стеновых панелей, где степень неоднородности достигала 20-40 %. При изготовлении однослойных керамзитобетонных панелей наружных стен разброс плотности по толщине панелей достигал 30 % и более.

По действующим нормам расчетное сопротивление бетона оценивается зависимостью

 

где VH - коэффициент вариации, оценивающий колебания прочности бетона (среднее значение по СНиП VH = 13,5 %); - прочность бетона; К - коэффициент безопасности по бетону.

Коэффициент безопасности К учитывает возможное ослабление конструкции вследствие ряда неблагоприятных технологических факторов.

Если фактическая средняя прочность бетона будет соответствовать проектной, а коэффициент вариации 13,5 %, то нормативные сопротивления будут иметь обеспеченность 97,7 %. На рис. 2.15 показано влияние однородности (коэффициента вариации) на среднюю прочность бетона. С уменьшением коэффициента вариации можно снизить требования к средней прочности бетона, в то время как с увеличением этого показателя требуется увеличивать нормативное сопротивление бетона в конструкции.

Рис. 2.15. Влияние однородности на среднюю прочность бетона

Оценка однородности бетона изготавливаемых конструкций не имела достаточного оснащения контрольными средствами ультразвуковой дефектоскопии, что приводило к снижению их качества.

Весьма характерным примером служат дома серии К-7, где вследствие неоднородности материала плит перекрытий наблюдаются зоны минимальной прочности, приводящие к значительным прогибам и разрушению перекрытий.

Усадка бетона. Большое влияние на долговечность конструкций, соприкасающихся с атмосферой, является усадка бетона, которая проявляется в образовании усадочных трещин. Усадка бетона зависит от его состава и свойств используемых для его приготовления материалов. Увеличение усадочных явлений наблюдается при повышении содержания цемента и воды, использовании мелкозернистых и пористых заполнителей. Как правило, наличие усадочных трещин является источником интенсивных разрушений поверхностного слоя бетона при воздействии атмосферных осадков и отрицательных температур. Интенсивность процессов существенно возрастает при наличии в атмосфере химически активных элементов.

Деструктивные процессы, протекающие в твердеющем бетоне, как правило, связаны с тепловлажностными условиями его обработки. Максимальное воздействие при этом наблюдается в ранние сроки набора прочности бетоном.

Деформации твердеющего бетона, как правило, вызывают деструктивные процессы как при тепловой обработке в заводских условиях, так и при производстве бетонных работ в построечных условиях. Они проявляются в образовании микротрещин, расширении капилляров, снижении адгезии крупного заполнителя и сцепления арматуры с бетоном.

Рассматривая сечение конструктивного элемента по высоте, имеем два вида деформаций, являющихся следствием градиента температурно-влажностного воздействия. При открытых поверхностях и влажности воздуха менее 50 % наблюдается появление усадочных трещин поверхностных слоев бетона, а при прогреве бетона в термоактивной опалубке - появление усадочных деформаций в нижней зоне. Эти процессы особенно часто сопровождают технологию монолитного строительства, когда создание идентичных условий по толщине конструкции практически невозможно или затруднено.

На долговечность бетонов и, соответственно, железобетонных конструкций влияют такие свойства, как плотность, проницаемость и морозостойкость.

Коррозия бетона. Фактором, существенно влияющим на долговечность бетонных и железобетонных конструкций, является коррозия от агрессивных сред.

Степень агрессивности бетонных и железобетонных конструкций определяется для жидких сред наличием и концентрацией агрессивных реагентов, температурой, напором или скоростью движения жидкости у поверхности. Для газовых сред - видом и концентрацией газов, растворимостью их в воде, влажностью и температурой среды. Для твердых сред (соли, аэрозоли, пыли) - дисперсностью, растворимостью в воде, влажностью окружающей среды.

В зависимости от глубины разрушения бетона при коррозии имеют место слабо-, средне- и сильноагрессивные среды.

В таблице 2.10 приведены требования по допустимой глубине разрушения бетона за 50 лет эксплуатации.

Таблица 2.10

Допустимая глубина разрушения бетона за 50 лет эксплуатации

Степень агрессивности

Глубина разрушения бетона, см

Железобетонные конструкции

Бетонные конструкции

Неагрессивная

1

2

Слабоагрессивная

1-2

2-4

Среднеагрессивная

2-4

4-6

Сильноагрессивная

> 4

> 6

Достаточно отметить, что интенсивность разрушения при появлении первых признаков коррозии возрастает по зависимости, пропорциональной квадрату времени. Поэтому своевременное проведение предупредительных ремонтов позволяет приостановить либо существенно снизить скорость разрушения.

Обеспечить долговечность арматуры в бетонах возможно повышением плотности самих бетонов, уменьшением их проницаемости, путем введения ингибирующих и уплотняющих добавок.

Статистическая оценка состояния железобетонных конструкций крупнопанельных зданий показывает, что наибольшей интенсивности разрушения подвержены конструктивные элементы, имеющие непосредственный контакт с атмосферными воздействиями: наружные стены; балконы, парапетные плиты, а также стыковые соединения, подверженные периодическому замачиванию. В реальных условиях эксплуатации зданий долговечность конструктивных элементов существенно ниже нормативных значений. Так, для многих конструкций при сроке эксплуатации 30 лет образовались дефекты, существенно снижающие их несущую способность и эксплуатационную надежность.

Транспортирование сборных конструкций в ряде случаев вызывает образование дефектов в виде трещин, сколов, загрязнения наружных поверхностей. Условиями транспортирования предусматривается расположение конструктивных элементов в положении, близком к проектному. Так, для балочных конструктивных элементов следует предусматривать опирание на две опоры. Для плит перекрытий, наружных стеновых панелей, панелей внутренних стен и других плоскостных элементов - размещение на упругие элементы по всей плоскости опирания, а их транспортирование - в наклонном положении на спецсредствах (панелевозах, плитовозах и т.п.).

На качество перевозок существенное влияние оказывают состояние дорог, скорость транспортирования, демпфирующие свойства автотранспортных средств.

Рассматривая систему «дорога - транспортное средство - перевозимая конструкция», легко видеть, что при снижении качества дорог в виде выбоин и других препятствий существенно возрастают коэффициент динамичности и, как следствие, передача импульсивных воздействий на транспортируемую конструкцию. Момент передачи сопровождается ударными воздействиями, приводящими к возникновению дополнительных напряжений прежде всего в зоне опирания конструкции.

При совпадении собственных частот колебаний системы и транспортируемой конструкции возникает явление резонанса, что способствует в значительной степени увеличению динамических нагрузок. Это приводит к возникновению очагов местных деформаций и напряжений, превышающих расчетные значения, и образованию трещин, сколов и других дефектов.

На рис. 2.16 приведены графики зависимости коэффициента динамичности от качества дорог и скорости движения транспортного средства. При нормированном значении коэффициента динамичности 1,5 наблюдается его превышение в определенном диапазоне скоростей. Значительные превышения возникают при наезде на некоторые препятствия (трамвайные пути, люки колодцев, выбоины и т.п.).

Рис. 2.16. Динамические параметры транспортирования сборных железобетонных конструкций автотранспортом
I, II, III - классы дорог; 1,- изменение коэффициента динамичности при наезде транспортных средств на предприятия

Как показали статистические исследования, 4-6 % перевозимых сборных железобетонных конструкций получают повреждения различной степени. Максимальное их число возникает из-за плохого качества приобъектных дорог.

Складирование конструкций. Отступление от технологических требований при складировании сборных железобетонных изделий приводит к возникновению напряжений, превышающих сопротивление бетона, и образованию трещин. Основными причинами являются: слабая подготовка основания, дающая просадки грунта различной интенсивности; несимметричное расположение прокладок между складируемыми элементами; нарушение расчетной схемы опирания, превышение нормативной высоты штабелей и т.п.

Длительное хранение конструктивных элементов на приобъектном складе приводит к коррозии закладных деталей и выпусков арматуры.

Одними из важных причин частичной потери эксплуатационных свойств конструкций являются замачивание атмосферными осадками и попеременное воздействие отрицательных температур (рис. 2.17). Это приводит к первоначальному образованию центров разрушения в виде микротрещин, которые со временем распространяются на значительные площади конструкций.

Рис. 2.17. Изменение прочности бетона конструкций в зависимости от степени увлажнения и воздействия отрицательных температур
1 - конструкция защищена от атмосферных осадков; - увлажнение составляет до 20 %; - насыщена атмосферными осадками при температуре до 0 °С; - то же, -5...-10 °С; - то же, -10...-15 °С; - то же, -20...-25 °С

Интенсивное замачивание конструкций стенового ограждения способствует снижению как теплотехнических, так и физико-механических характеристик панелей стен.

Агрессивное воздействие среды является причиной снижения несущей способности железобетонных конструкций и их разрушения, когда восстановительные работы либо невозможны, либо требуют больших материальных затрат. Снижение эксплуатационного срока службы отмечается при увлажнении и знакопеременном температурном воздействии, а для заглубленных конструкций фундаментов - воздействии агрессивных сред при отсутствии достаточной гидроизоляции (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Снижение несущей способности железобетонных конструкций при агрессивном воздействии среды и отрицательных температур
- конструкция внутренних частей зданий при нормальной эксплуатации; - то же, при нарушении эксплуатационного режима; - конструкция наружных стен; 4, 5, 6 - конструкции, подверженные увлажнению и знакопеременным температурным воздействиям; 7 - заглубленные конструкции фундамента при воздействии агрессивных сред

Дефекты на стадии монтажа конструкций. Дефекты, связанные с монтажом элементов зданий, являются наиболее частыми и значимыми. При использовании преимущественно свободного метода монтажа происходит поэтажное накопление погрешностей, которые в совокупности существенно снижают эксплуатационные характеристики и надежность зданий.

Основными причинами погрешностей являются: отклонения геометрических размеров конструкций от проектных значений; отклонения в разбивке осей внутренних и наружных стен; колебания отметок монтажного горизонта, непостоянная толщина швов; невертикальность установки конструктивных элементов. Совокупность указанных причин приводит к накоплению погрешностей, значения которых могут оказывать определенное влияние на устойчивость здания и его эксплуатационные характеристики.

Невертикальность смонтируемых конструкций может быть представлена следующей зависимостью

где A1, A2, А3 - передаточные отношения. При высоте элемента Н и установке верхних связей на высоте A1= A2 = А3 = Н/h, п - число этажей; ∆HB - суммарная погрешность отклонения, -уровень расположения монтажно-выверочного оснащения (струбцин или подкосов), = 1,7- 1,8 м.

Здесь первое слагаемое учитывает погрешности элемента нижележащего этажа, второе - влияние неточности установки низа элемента; третье - погрешности, возникающие на данном этаже.

Поэтажное отклонение верха элементов приведено на рис. 2.19, где рассмотрены два варианта установки внутренних несущих перегородок: а - влияние погрешностей в установке низа элемента на поэтажное накопление погрешностей; б - то же, распределение погрешностей при фиксации низа конструкций на их накопление по высоте. При монтаже элементов первого этажа свободным методом путем совмещения оси элемента с разбивочной осью погрешность положения низа элемента относительно базовой оси составит

 

где  - погрешность в положении разбивочной оси, вызванная линейными измерениями;  - погрешность установки элемента относительно разбивочной оси.

Рис. 2.19. Влияние погрешностей при монтаже внутренних и наружных панелей стен
а - при установке низа элемента на их накопление по высоте; - то же, при фиксации низа элемента; в - отклонения наружных стеновых панелей при нарушении уровня монтажного горизонта и геометрических размеров панелей

Отклонение верха элемента под влиянием погрешности положения его низа, а также погрешностей, возникающих на данном этапе, составит

Для элементов второго этапа погрешность положения его верха составит

Таким образом, имеется полная возможность вычисления погрешностей с заданным пределом, обеспечивающим геометрическую неизменяемость и устойчивость здания. По имеющимся данным отклонений вертикальных конструкций первого этажа путем расчета погрешностей устанавливается положение верха конструктивных элементов, что позволяет компенсировать накопление погрешностей (положение элементов I, II). При неучете компенсации погрешностей монтажа (положение III) суммарное отклонение от вертикали верхней части конструкции может привести к возникновению дополнительного момента сил М с плечом А.

На рис. 2.19,в приведена технологическая схема возникновения погрешностей отклонения наружных стеновых панелей при нарушении уровня монтажного горизонта и геометрических размеров панелей. Результатом являются отклонения параметров швов и стыковых соединений. Это обстоятельство приводит к нарушению эксплуатационных характеристик стыков и вызывает их негерметичность.

Анализ используемых конструкций стыков показал, что максимальные погрешности отклонений наблюдаются в стыках со сваркой закладных деталей. При этом особое влияние оказывает процесс стыковки панелей перекрытий. Выполнение сварных соединений приводит к возникновению деформаций, существенно влияющих на геометрическое положение всех конструктивных элементов, входящих в стык.

Статистические данные обследования панельных пятиэтажных зданий первых массовых серий свидетельствуют о том (рис. 2.20), что максимальный процент дефектов относится к наружным стенам, балконам, козырькам и парапетным плитам (70 %), внутренним стенам (60 %), фасадным поверхностям и стыкам (30 %). В меньшей степени (4- 10 %) подвержены дефектам другие конструктивные элементы.

Рис. 2.20. Распределение дефектов 5-этажных панельных зданий, % числа обследованных

Как правило, большая степень повреждений относится к вышележащим этажам, что объясняется увеличением суммарной погрешности при монтаже конструкций и более интенсивными нагрузками атмосферного воздействия. Сопоставительный анализ распределения повреждений по этажам 5- и 9-этажных зданий (рис. 2.21) подтверждает тенденцию их роста с увеличением этажности.

Рис. 2.21. Распределение повреждений и дефектов по этажам панельных зданий
1 - пятиэтажные жилые дома; - девятиэтажные жилые дома

Основными причинами появления и развития дефектов являются: температурные деформации панелей; быстрое старение и потеря эластичности герметиков; превышение допусков при изготовлении конструкций и монтаже; неравномерные осадки здания; увлажнение материала заполнения стыков и потеря его свойств вследствие попеременного замерзания и оттаивания.

Низкая долговечность и наличие дефектов выступающих железобетонных конструкций, козырьков, балконных и парапетных плит являются следствиями нарушения уклона, неорганизованного отвода атмосферных осадков, отсутствия герметика между панелью стены и верхней поверхностью балконной плиты и т.п.

§ 2.8. Статистические методы оценки состояния конструктивных элементов зданий

Для большинства жилых зданий, планируемых к выполнению реконструктивных работ, для оценки состояния конструкций целесообразно проводить выборочные обследования, при которых для определения размеров выборки необходимо задаться вероятностью получаемого результата, характеризующего показатель достоверности. Минимум необходимых статистических данных или число наблюдений оцениваются по зависимости

где К - показатель изменчивости, или коэффициент вариации; - показатель долговечности; - показатель точности.

Показатель изменчивости, или вариационный коэффициент, оценивается по известной зависимости

где М - среднеарифметическое всех имеющихся значений

- среднеквадратическое отклонение всех значений от средней величины

Здесь  - сумма квадратов всех отклонений от среднего арифметического; – число наблюдений.

Средняя ошибка, выраженная в % соответствующего среднеарифметического, дает показатель точности

где   - средняя ошибка.

В практике экспериментальных обследований принимают следующие значения вероятностей:

Р = 0,95 - для оценки предварительных результатов;

Р = 0,99 - для оценки общего критерия надежности;

Р = 0,999 - для критерия максимальной надежности.

Значения показателя достоверности для различных значений вероятности приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11

Значение показателя достоверности

Вероятность результата

Показатель f

Вероятность результата

Показатель f

0,683

1,0

0,970

2,17

0,700

1,04

0,980

2,33

0,750

1,15

0,990

2,58

0,800

1,28

0,995

2,80

0,850

1,44

0,997

3,00

0,900

1,64

0,999

3,29

0,950

1,96

0,9995

3,5

0,955

2,00

0,9999

4,0

0,960

2,05

 

 

Для определения исходных прочностных характеристик материалов конструкций, возведенных в прошлом, необходимо пользоваться вероятностно-статистической обработкой результатов измерений.

В процессе обследований как отдельной конструкции, так и группы конструктивных элементов, выполненных путем отбора проб и образцов, а также с использованием неразрушающих методов диагностики, статистическая обработка результатов измерений позволяет получить более достоверные данные.

Среднее значение прочностных характеристик материалов (прочность бетона, кирпича, каменной кладки, сопротивление стали и т.п.) определяется по зависимости

где п - количество образцов испытаний; Rqi - результат, полученный в i-м испытании образца.

Среднее квадратичное отклонение для выборки

Нормативное значение прочностной характеристики

где β - коэффициент, учитывающий объем испытаний и с доверительной вероятностью 0,9 определяющий нижнюю границу для нормально распределенной случайной величины.

Значение β в зависимости от количества испытаний (образцов) приведено в таблице 2.12.

Таблица 2.12

п

5

6

7

8

9

10

11

12

15

20

30

50 и более

b

3,34

3,04

2,90

2,69

2,58

2,50

2,44

2,39

2,78

2,16

2,04

1,94

Переход от нормативных значений сопротивлений к расчетным (характеристикам прочности, деформативности и др.) осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2.03.02-86.

При оценке несущей способности конструктивных элементов зданий необходимо учитывать действительные постоянные нагрузки от собственного веса, технологические и эксплуатационные, а также особенности работы конструкций в изменившихся условиях.

Физико-механические характеристики материала оцениваются путем извлечения образцов, определения их плотности, прочности и статистической обработки результатов.

Нормативное значение плотности и, соответственно, нагрузки от собственного веса определяется по зависимости

где  - среднее арифметическое значение измеряемых параметров;   - среднеарифметическое отклонение результатов определения плотности; М - плотность, определяемая по результатам испытаний i-го образца; п - количество образцов; t - коэффициент, учитывающий объем выборки и определяющий доверительный интервал для среднего значения нормально распределенной случайной величины с доверительной вероятностью 0,95 (табл. 2.13).

Таблица 2.13

п

5

6

7

8

9

12

15

20

25

30

40

50 и более

t

2,13

2,02

1,94

1,89

1,86

1,8

1,76

1,73

1,71

1,70

1,68

1,67

Полученные значения нагрузок определяются преимущественно для конструктивных элементов со сравнительно однородной плотностью материала, например кирпичная кладка, железобетонные перекрытия, несущие внутренние или самонесущие наружные стены и т.п. Эти сведения в совокупности с нормативными значениями временных нагрузок позволяют провести поверочные расчеты с целью определения несущей способности отдельных элементов и усилий в конструкциях от внешних нагрузок и воздействий.

ГЛАВА 3
МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

В основе принятия метода реконструкции должен быть заложен комплексный подход, отражающий градостроительные, архитектурно-планировочные и социальные требования. В то же время каждый реконструируемый объект требует индивидуальных решений, что объясняется не столько местом, занимаемым зданием в городской застройке, сколько его техническим состоянием. Последний фактор может быть определяющим в принятии решения. При высоком моральном и физическом износе конструктивных элементов экономически нецелесообразно восстановление и более рационально будет осуществить снос с последующим возведением нового здания.

Методы реконструкции зависят от возраста зданий, который, в свою очередь, отражает конструктивно-технологические и архитектурно-планировочные особенности, присущие данному периоду времени, материалы несущих и ограждающих конструкций, а также качество производства работ.

Переустраиваемый жилой фонд крупных и средних городов РФ можно условно отнести к трем категориям: здания довоенной постройки по индивидуальным проектам; типовые жилые дома неиндустриального периода строительства; типовые жилые здания первых и последующих массовых серий.

Каждая категория зданий независимо от этажности и архитектурно-планировочных решений отличается конструктивно-технологическим подходом, характерным для рассматриваемого периода времени. Поэтому при разработке методов реконструкции и технологии производства работ эти факторы носят определяющий характер.

Значительное влияние на метод реконструкции зданий оказывает уровень стесненности строительной площадки, который определяет возможность организации производства работ, с использованием средств механизации, прогрессивных технологий и строительных методов. Особое место при этом отводится процессам разборки конструктивных элементов и их утилизации.

§ 3.1. Общие принципы реконструкции жилых зданий

На выбор решения о реконструкции прежде всего влияет место реконструируемого объекта в развитии района. В процессе осуществления реконструкции сложившихся частей города происходит постоянная переоценка взглядов на предмет реконструкции того или иного здания.

Экономические задачи связаны с необходимостью повышения эффективности использования территории, потребительская ценность которой возрастает.

Социально-функциональные требования диктуют необходимость повышения потребительского качества квартир путем устранения элементов морального износа.

В таблице 3.1 обобщены факторы, влияющие на принятие решения по реконструкции отдельно взятого объекта. Они включают комплекс показателей, совокупность которых приводит к указанной цели.

Таблица 3.1

Методы реконструкции зданий

Оценка комфортности расположения зданий учитывает такие позиции, как степень удаленности от основных видов транспорта, расстояние до центра города, наличие в прилегающей зоне экологически вредных производств, степень благоустроенности района, озеленение и т.п. Совокупность перечисленных факторов является определяющей при выборе методов реконструктивных работ и существенно влияет на рыночную стоимость единицы площади зданий. Уровень комфортности в ряде случаев диктует целесообразность изменения функционального назначения здания, например, использование жилого здания в качестве коммерческого, общественного или частично производственного.

Степень комфортности расположения реконструируемого здания оценивается по трем показателям: соблюдение требований по ориентации и инсоляции; расстояние до соседних зданий; шумовой режим.

Для ориентации и инсоляции имеются три степени показателей.

I - ориентация вдоль меридиана с отклонением от азимута до 30°; II - расположение здания в пределах 30-60° и 120-180°; III - широтное расположение в пределах азимутов 60-120°.

Для оценки расстояний до соседних зданий применяются три степени. I - расстояние больше нормативного, нормативное и меньше до 10 %; II - расстояние меньше нормативного от 10-50 %;III - меньше на 50 % и более.

Для оценки шумового режима.

I - расположение здания в глубине постройки или вдоль второстепенной улицы; II - здание располагается параллельно шумной улице; III - здание располагается торцом к шумной улице или с отклонением до 30°.

Общую степень комфортности определяют как сумму оценок по каждой ситуации в баллах от 1 до 3. Балльность оценки комфортности находится в следующей зависимости: 3-4 - хорошее расположение; 5-6 - удовлетворительное; 7-9 - неудовлетворительное.

Варианты архитектурно-планировочного переустройства включают несколько позиций.

I - сохранение здания без изменения объема и композиции характерно для объектов, имеющих большую архитектурную значимость в районе застройки. Изменение архитектуры фасадов может нарушить историческую ценность и композицию застройки. При этом допускаются перепланировка помещений, а также перепрофилирование здания в целом с изменением его функциональных качеств.

II - расширение корпусов и надстройка как одна из форм реконструкции приемлемы для зданий старой и более поздней постройки, они способствуют увеличению плотности застройки с сохранением жилых функций и частичным или полным перепрофилированием. Изменение архитектурного облика здания в результате пристройки и надстройки этажей должно сочетаться с общей композицией квартальной застройки или перспективами его переустройства. Особое значение при этом уделяется исключению факторов морального износа, повышению эксплуатационных характеристик зданий и созданию условий гибкой планировки.

III - уровень реконструктивных работ определяется степенью изменения первоначального физического износа элементов здания на основе оценки технического состояния и надежности. Реконструкция предусматривает решение широкого класса инженерных задач - от укрепления основания и усиления фундаментов до комплекса работ, включающих повышение этажности и рациональное использование подземного пространства.

Для зданий старой постройки, имеющих высокий износ конструктивных элементов, как правило, требуется комплекс инженерных решений. Степень его расширения фиксируется конечной целью проектов переустройства.

При реконструкции квартала застройки малоэтажными типовыми зданиями первых массовых серий уровень реконструктивных работ диктуется положением жилого дома в районе застройки, техническим состоянием, экономической целесообразностью и социальной необходимостью. При этом наиболее важными критериями служат степень морального, физического износа и уровень снижения эксплуатационной надежности.

Основой реконструктивных процессов является конструктивно-технологический комплекс, включающий наиболее рациональное решение, в сочетании с прогрессивными технологиями, обеспечивающими производство работ в условиях стесненной городской застройки. При этом особое место отводится адаптации эффективных технологий, комплексной механизации строительных процессов, повышению организационно-технологической надежности строительного производства.

Экономическая оценка проектов реконструкции базируется на учете рыночных отношений, в основе которых заложены надежность инвестиционных проектов, их доходность и прибыльность.

§ 3.2. Архитектурно-планировочные приемы при реконструкции жилых зданий ранней постройки

Архитектурные аспекты жилых зданий базируются на полной или частичной перепланировке помещений и, соответственно, полной или частичной замене внутренних конструкций. Основой проектов реконструкции являются: конфигурация здания в плане; ширина корпуса; длина фронта, обслуживаемого лестницей; расстояние от лестницы до наиболее удаленной части и др. факторы. Данные обследований свидетельствуют, что около 96 % планировочных элементов рядовых секций имеют ширину до 14,0 м и длину, не превышающую 30,0 м. Это означает, что при габаритах реконструируемых зданий, попадающих в пределы зоны, можно выполнить перепланировку, отвечающую современным нормативным требованиям.

Влияние ширины корпуса в зависимости от его длины сказывается на эффекте планировочных решений неоднозначно и требует помимо разукрупнения квартир изменения расположения коммуникаций.

В узких однопролетных корпусах возможна пристройка к существующему зданию параллельного объема, что позволяет получать 2-3 квартирные секции. С внешней стороны лестничной клетки обеспечивается пристройка лифтовой шахты.

При большой ширине корпуса (15-18 м) в зданиях вдоль продольной оси образуется плохо инсолируемое пространство, которое используется для размещения подсобных помещений.

Приемы архитектурно-планировочных решений жилых зданий коридорной системы в значительной степени связаны также с шириной корпуса. При ширине зданий до 14 м возможна перепланировка по квартирному типу с разнообразным составом.

Для жилых домов П-образной формы (рис.3.1) полная перепланировка достигается путем замены перекрытий и надстройки этажей. Высота надстройки зависит от несущей способности фундаментов и стен и может достигать 3-4 этажей. При реконструкции таких зданий предусматривается обязательное устройство лифтов и мусоропроводов. Дворовое пространство может быть использовано под заглубленную автостоянку.

Рис. 3.1. Пример перепланировки жилого дома П-образной формы плана со сносом внутренних пристроек
а - до реконструкции; б - после перепланировки

При реконструкции зданий Г-образной формы с достаточно высокими этажами используется прием превращения 1-2 этажей в нежилые помещения с просторными рабочими помещениями. Здание надстраивается несколькими этажами с посекционной планировкой квартир. Изменяется поэтажная планировка квартир, а сама архитектура здания в большей степени отвечает требованиям к зданиям, расположенным на магистральной улице.

Для зданий колодцевого типа (рис. 3.2) наиболее рациональным является исключение дворовой вставки, что позволяет улучшить инсоляцию и аэрацию квартир. Одним из планировочных вариантов является создание квартир коридорной системы с превращением части лестничных клеток в жилые помещения.

Рис. 3.2. Доходный дом Строгановского училища
а - до реконструкции; б - после реконструкции

Подобный прием перепланировки может быть распространен на здания Т-образной формы. Здесь за счет превращения лестничных клеток в жилые помещения достигается более рациональная перепланировка квартир (рис. 3.3). При благоприятной ориентации здания может быть применена коридорная система с поярусной компоновкой квартир.

Рис. 3.3. Пример перепланировки Т-образного жилого дома секционной системы в коридорную
а - до реконструкции; б - после реконструкции

При переходе от коммунального заселения к коммерческому жилью представляет интерес укрупнение квартир. Превращение жилых зданий в систему блочных домов позволяет создать благоприятные условия для получения квартир повышенной комфортности. При этом расположение квартир может быть в 2-3 уровнях с использованием 1-го этажа под гаражи и хозяйственные помещения.

Архитектурно-планировочное переустройство зданий должно учитывать такие факторы, как расположение внутренней продольной стены и шаг оконных проемов, которые влияют на пропорции помещений квартир. Параметр высоты этажа существенно влияет на выбор планировочных решений. Так, высота 3-4 м дает минимальный размер комнат 18-20 м2 и максимальный - 30-45. Естественно, что при реконструкции таких зданий целесообразно размещать квартиры коммерческого плана или перепрофилировать функции жилого дома для перевода в нежилой.

При комплексной реконструкции здания путем перепрофилирования из жилого в нежилое (офисное) возможна более глубокая перепланировка. При этом кроме надстройки этажей осуществляется рациональное использование подвального пространства, а также прилегающих площадей путем размещения заглубленных сооружений, предназначенных для организации магазинов, автостоянок и других объектов социальной сферы.

Особое место при реконструкции старого жилого фонда отводится формированию архитектуры фасадов. Все здания, имеющие архитектурную и историческую ценность, должны решаться с сохранением существующей композиции фасадов и их элементов. Это относится как для частей зданий, не подвергшихся изменениям, так и для надстраиваемых этажей. При этом выполнение работ по фасаду основано на использовании современных материалов и технологий, обеспечивающих требуемую долговечность поверхностей.

Примеры подобного решения приведены на рис. 3.4, где жилые здания надстроены и при этом обеспечено сохранение единства архитектурного стиля за счет использования деталей фасада в соответствии с композицией реконструируемого здания.

Рис. 3.4. Решение фасадов жилых домов с надстройкой и сохранением архитектурного стиля

§ 3.3. Конструктивно-технологические решения при реконструкции жилых зданий старой постройки

Методы реконструкции жилых зданий старой постройки достаточно разнообразны и определяются многими факторами. Варианты архитектурно-планировочного переустройства включают: сохранение здания без изменения его объема и композиции, но с перепланировкой помещений; сохранение здания и его функций с перепланировкой и включением его во вновь формируемый комплекс застройки; сохранение здания в виде самостоятельного объема, но с обязательным расширением или надстройкой; снос здания.

В таблице 3.2 приведена схема, показывающая зависимость и вариантность конструктивных решений и методов реконструкции старого жилого фонда. В практике реконструктивных работ, учитывающей физический износ несменяемых конструкций, используются несколько вариантов решений: без изменения конструктивной схемы и с ее изменением; без изменения строительного объема, с надстройкой этажей и пристройкой малых объемов.

Таблица 3.2

Первый вариант предусматривает восстановление здания без изменения строительного объема, но с заменой перекрытий, кровельной части и других конструктивных элементов. При этом создается новая планировка, отвечающая современным требованиям и запросам социальных групп жильцов. Реконструируемое здание должно сохранять архитектурный облик фасадов, а его эксплуатационные характеристики должны быть доведены до современных нормативных требований.

Варианты с изменением конструктивных схем предусматривают увеличение строительного объема зданий путем: пристройки объемов и расширения корпуса без изменения его высоты; надстройки без изменения габаритов в плане; надстройки несколькими этажами, пристройки дополнительных объемов с изменением габаритов здания в плане. Такая форма реконструкции сопровождается перепланировкой помещений.

В зависимости от расположения здания и его роли в застройке осуществляются следующие варианты переустройства: с сохранением жилых функций; с частичным перепрофилированием и полным перепрофилированием функций здания.

Реконструкция жилой застройки должна осуществляться комплексно, захватывая наряду с реконструкцией внутриквартальной среды ее озеленение, благоустройство и восстановление инженерных сетей и т.п. В процессе реконструкции производится пересмотр номенклатуры встроенных помещений в соответствии с нормативами обеспеченности населения учреждениями первичного обслуживания.

В центральных районах городов в реконструируемых зданиях могут располагаться встроенные общегородские и коммерческие учреждения периодического и постоянного обслуживания. Использование встроенных помещений превращает жилые дома в многофункциональные здания. Нежилые помещения размещаются в первых этажах домов, расположенных по красным линиям застройки.

На рис. 3.5 приведены конструктивно-технологические варианты реконструкции зданий с сохранением (а) и с изменением (б,в) конструктивных схем, без изменения объемов и с их увеличением (надстройкой, пристройкой и расширением плановых габаритов зданий).

Рис. 3.5. Варианты реконструкции жилых зданий ранней постройки
а - без изменения конструктивной схемы и строительного объема; б - с пристройкой малых объемов и превращением чердачного этажа в мансардный; в - с надстройкой этажей и пристройкой объемов; г - с пристройкой корпуса к торцевой части здания; д, е - с обстройкой зданий; ж - с пристройкой объемов криволинейных форм

Особое место при реконструкции центров городской застройки должно отводиться рациональному освоению подземного, примыкающего к зданиям пространства, которое может быть использовано в качестве торговых центров, автостоянок, малых предприятий и т.п.

Основным конструктивно-технологическим приемом реконструкции зданий без изменения расчетной схемы является сохранение несменяемых конструкций наружных и внутренних стен, лестничных клеток с устройством перекрытий повышенной капитальности. При значительной степени износа внутренних стен в результате частых перепланировок с устройством дополнительных проемов, переносом вентиляционных каналов и т.п. реконструкция осуществляется путем устройства встроенных систем с сохранением только наружных стен как несущих и ограждающих конструкций.

Реконструкция с изменением строительного объема предусматривает устройство встроенных несменяемых систем с самостоятельными фундаментами. Это обстоятельство позволяет осуществлять надстройку зданий несколькими этажами. При этом конструкции наружных и в ряде случаев внутренних стен освобождаются от нагрузок вышележащих этажей и превращаются в самонесущие ограждающие элементы.

При реконструкции с уширением здания возможны конструктивно-технологические варианты частичного использования существующих фундаментов и стен в качестве несущих с перераспределением нагрузок от надстраиваемых этажей на выносные элементы зданий.

Принципы реконструкции зданий поздней постройки (1930-40-е гг.) диктуются более простой конфигурацией домов секционного типа, наличием перекрытий из мелкоштучных железобетонных плит или деревянных по балкам, а также меньшей толщиной наружных стен. Основные приемы реконструкции состоят в пристройке лифтовых шахт и других малых объемов в виде эркеров и вставок, надстройке этажей и мансард, устройстве выносных малоэтажных пристроек административного, коммерческого или хозяйственного назначения.

Повышение комфортности квартир достигается за счет полной перепланировки с заменой перекрытий, а увеличение объема здания в результате надстройки обеспечивает повышение плотности застройки квартала.

Наиболее характерными приемами реконструкции зданий данного типа являются замена перекрытий на сборные или монолитные конструкции с полной перепланировкой, а также дополнительная надстройка 1-2 этажами. При этом надстройка зданий производится в случаях, когда состояние фундаментов и стенового ограждения обеспечивает восприятие изменившихся нагрузок. Как показал опыт, постройки данного периода позволяют осуществлять надстройку до двух этажей без усиления фундаментов и стен.

В случае увеличения высоты надстройки используются встроенные строительные системы из сборных, сборно-монолитных и монолитных конструкций.

Использование встроенных систем позволяет реализовать принцип создания больших перекрываемых площадей, способствующих реализации гибкой планировки помещений.

§ 3.4. Методы реконструкции малоэтажных жилых зданий первых массовых серий

Реконструкция жилой застройки домами первых массовых серий имеет большое социально-экономическое значение. Ее основные задачи состоят не только в продлении срока службы зданий, но и в ликвидации физического и морального износа, улучшении условий проживания, в оснащении жилых зданий современным инженерным оборудованием, повышении эксплуатационных характеристик и архитектурной выразительности. Актуальность проблемы существенно повышается, так как объем жилого фонда данной категории огромен.

Анализ отечественного и зарубежного опыта реконструктивных работ показывает, что решение данной проблемы встречает много трудностей инженерно-технического, экономического и социального характера. Вариантное решение реконструктивных приемов достаточно многообразно и включает широкий диапазон: от сноса зданий до коренного изменения застройки путем превращения «пятиэтажки» в 7-9-этажные здания современной планировки.

Проблема переустройства жилого фонда из морально и физически устаревших зданий первых массовых серий носит не столько инженерно-технический, сколько экономический характер. В первую очередь следует отметить, что эта проблема должна быть поставлена в ранг общегосударственных и ее решение зависит от проводимой технической и экономической политики. Первые шаги в этом направлении свидетельствуют о полярности принимаемых решений. Так, в условиях Москвы основной технической политикой являются снос зданий и возведение на их месте переселенческого и коммерческого жилого фонда улучшенной планировки. Это обстоятельство позволяет осуществить инвестирование проектов и получение достаточно высокой прибыли. Возведение переселенческого фонда из крупнопанельных зданий обеспечивает загрузку домостроительных комбинатов и создание дополнительных рабочих мест.

Опыт работы С.-Петербурга, Екатеринбурга и других городов свидетельствует о жизнеспособности другого направления - комплексной реконструкции кварталов застройки с сохранением жилых зданий и превращением их в многоэтажные дома с современной планировкой, инженерным оборудованием и благоустройством.

Для многих регионов, крупных, средних городов и поселков возможно применение другой модели, базирующейся на непременном сохранении жилого фонда, но с внесением элементов реконструкции, не затрагивающих коренное конструктивное изменение зданий и городской застройки в целом. Это обстоятельство продиктовано экономическими аспектами, основанными на получении качественного и количественного эффекта при минимальных затратах.

Аналитические исследования по улучшению и сохранению жилого фонда зданий первых массовых серий позволили разработать достаточно гибкую концепцию решения проблемы, адаптированную к различным экономическим условиям и регионам РФ. Основные положения концепции базируются на многоуровневом подходе к техническому решению реконструктивных работ - от модернизации жилых зданий методом архитектурно-планировочного и инженерного переустройства до комплексной реконструкции жилой застройки с решением градостроительных, архитектурных, инженерных и социальных задач.

§ 3.5. Конструктивно-технологические решения при реконструкции зданий первых массовых серий

Реконструкция жилых зданий первых массовых серий в силу разнообразных конструктивных схем, степени физического и морального износа, расположения в городской застройке имеет достаточно широкий диапазон технических решений.

В таблице 3.3 приведена блок-схема многоуровневого подхода, иллюстрирующая основные положения. За критерии, определяющие уровень реконструктивных работ, приняты технические решения и технологии, обеспечивающие ведение работ без отселения жильцов и с их переселением.

Таблица 3.3

Уровень реконструктивных работ жилых зданий первых типовых серий

Важными циклами реконструктивных работ являются повышение эксплуатационных характеристик зданий (теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, оконных и дверных заполнений), а также модернизация фасадов с доведением их архитектурного уровня до современных требований. Особое внимание при этом уделяется модернизации вентиляционных систем как интенсивного источника теплопотерь.

На рис. 3.6 приведены конструктивно-технологические схемы многоуровневой реконструкции жилых зданий первых массовых серий.

Рис. 3.6. Конструктивно-технологические схемы реконструкции малоэтажных жилых зданий
I - путем пристройки малых архитектурных объемов; II - превращения чердачных помещений в мансардные этажи; III - одностороннего уширения корпуса зданий с надстройкой этажей; IV -двустороннего уширения корпусов зданий с надстройкой этажей

Наиболее простым и эффективным конструктивным приемом, повышающим комфортность проживания, является пристройка по фасадам одиночных или групповых эркеров, позволяющих увеличить площадь помещений кухонь, жилых комнат и лестничных клеток (рис. 3.8).

Следующим этапом по сложности являются устройство мансард на высоту 1-2 этажей с одно- и двухуровневым расположением квартир, а также пристройка эркеров.

Работы этих циклов могут быть выполнены без отселения жильцов с соблюдением правил безопасного ведения работ.

Цикл реконструктивных работ с отселением жильцов является наиболее многогранным и включает варианты одностороннего или двустороннего расширения корпусов, надстройку здания на 3-4 этажа с полной перепланировкой помещений, устройством лифтов и мусоропроводов.

В зависимости от конструктивных схем зданий и их технического состояния варианты реконструкции достаточно разнообразны.

Простейший вариант реконструкции заключается в перепланировке квартир. Перепланировку типового этажа легче всего осуществлять в домах каркасной конструктивной системы, а также при схеме с тремя продольными несущими стенами. В домах же с узким и смешанным шагом внутренних несущих стен изменить положение внутриквартирных перегородок достаточно сложно. Именно такие дома составляют основную часть жилищного фонда.

Далее рассмотрим некоторые архитектурно-планировочные и конструктивные решения по реконструкции и модернизации жилых зданий массовых серий.

I - улучшение архитектурно-планировочных решений путем пристройки элементов малых архитектурных форм в виде эркеров и пристроек.

Этот прием позволяет увеличить площади кухонь и прилегающих комнат на 20-30 %, увеличить размеры санузлов, улучшить освещенность помещений, повысить комфортность квартир за счет более рациональной перепланировки. На рис. 3.7 приведены примеры перепланировки рядовых секций домов серий 1-464, 1-447 и 1-510 путем пристройки эркеров размером на ширину комнаты или на ширину двух комнат. При этом достигается возможность перепланировки помещения в результате размещения ванной комнаты в глубине квартиры, санузла - в прихожей и увеличения площади кухонь до 12-14 м2, смежных комнат - на 4- 6 м2. Более рациональный вариант представляет собой сочетание пристройки эркеров с превращением части или всех квартир в двухуровневые.

Рис. 3.7. Примеры планировочных решений при реконструкции крупнопанельных зданий
а, б - путем пристройки эркеров; в - уширения корпусов; г - пристройки эркеров и лифтовых шахт

II - улучшение архитектурно-планировочных решений путем пристройки малых архитектурных форм, перепланировки секций в квартиры с одним и двумя уровнями, а также надстройки верхнего этажа в виде мансарды.

Сочетание пристроек с возведением мансардных этажей является наиболее эффективным и малозатратным по следующим показателям:

- как правило, несущая способность здания имеет запас прочности, обеспечивающий без усиления фундаментов проведение данного вида работ;

- надстройка с переходом от плоской кровли на скатную с мансардным этажом обеспечивает увеличение площади до 20 % при минимальных затратах;

- использование эркерных пристроек различных глубины и формы позволяет помимо увеличения площадей легко вписать дополнительное инженерное оборудование;

- за счет использования различных архитектурных форм мансардного этажа и эркерной части достигается широкая гамма архитектурных решений.

На рис. 3.8 приведены варианты конкурсных проектных решений по надстройке малоэтажных зданий одно-, двух- и трехуровневыми мансардами, пристройке эркеров и лифтовых шахт, превращению балконов в лоджии и другие технические решения, существенно расширяющие архитектурную гамму зданий. Применение различных геометрических форм мансардных этажей позволяет не только повысить комфортность квартир, но и получить достаточно гибкие архитектурные решения, преобразующие внешний вид типовых жилых домов.

Рис. 3.8. Примеры проектных решений по реконструкции малоэтажных зданий
1 - г. Екатеринбург - 5-этажный панельный жилой дом с двухуровневой мансардой; - г. Орел - 5-этажный жилой дом с мансардным этажом; - г. Находка - надстройка 5-этажного жилого дома 3-этажной мансардой; - г. Магнитогорск - 5-этажный панельный дом с мансардным этажом в двух уровнях; 5 - г. Магнитогорск - проект мансардного этажа на жилом крупноблочном доме

Стремление уйти от однообразия предельно упрощенных «пятиэтажек» стимулировало появление проектов реконструкции, при которых благодаря различным пристройкам и надстройкам пластика здания значительно усложняется. Так, если пристройка к фасаду уменьшается с каждым этажом, то тем самым образуется довольно эффективное зрительное восприятие. Такое решение существенно повышает комфортность квартир и до неузнаваемости изменяет архитектурный облик здания.

При создании домов переменной этажности, когда надстройка делается не над всем домом, а над какой-то его частью, эффект реконструкции существенно повышается. Это особенно важно в тех случаях, когда «пятиэтажка» находится в зоне старой застройки и требуется сблизить архитектурные стили зданий.

III - увеличение общей площади зданий путем относа наружных стен, надстройки этажей и пристройки объемов.

Архитектурно-планировочные решения, проводимые по данной конструктивной схеме, весьма разнообразны и могут иметь достаточно широкий диапазон: от надстройки одного этажа до превращения зданий в 7-9-этажные корпуса и целые комплексы.

На рис. 3.9 приведено архитектурно-планировочное решение переустройства крупнопанельного жилого дома серии 1-464 с увеличением площади путем относа наружных стен, надстройки мансардного этажа и ступенчатой пристройки с торцов здания.

Рис. 3.9. Проектное решение реконструкции жилого дома серии 1-464 со ступенчатой пристройкой объемов и надстройкой мансардного этажа
а, б - фасады здания; в - фрагмент плана мансардного этажа; г - поперечный разрез; д - фрагмент планов 3-5 этажей

При этом помещения первого этажа превращаются в нежилые, а вышестоящие - в двухуровневые квартиры. Это обстоятельство существенно улучшает уровень планировочных решений, а использование приемов сплошного остекления лестничных клеток, использование арочных конструктивных элементов стен первого этажа и сложной формы кровли мансарды позволяет расширить архитектурную палитру фасадов зданий.

Реконструкция с надстройкой до 7-9 этажей представляет собой более сложную техническую задачу. При этом реконструируемая часть здания находится как бы внутри вновь возводимого каркаса, а надстройка вышележащих этажей осуществляется самостоятельно и имеет свое архитектурно-планировочное решение. Такой прием сопряжен с серьезными конструктивными изменениями, требующими устройства несущих элементов, воспринимающих нагрузки от надстраиваемых этажей. Обычно после такой реконструкции либо все здание получается шире существующего, либо образуются мощные пилоны, выступающие перед фасадами первых пяти этажей, либо эркерные части, симметрично расположенные по наружным стенам и объединенные на пятом этаже мощным диском жесткости (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Реконструкция малоэтажных крупнопанельных зданий методом обстройки и надстройки
а - фасад здания после реконструкции; б, в, г - планы реконструируемой и надстраиваемой частей; д - поперечный разрез здания

Практически такой метод реконструкции приводит к созданию ширококорпусных зданий, которые отличаются достаточно гибкой планировкой и более высокими эксплуатационными характеристиками.

Опыт реконструкции по рассматриваемой схеме показал ее жизнеспособность. В то же время комплекс работ по перепланировке, усилению и возведению новых фундаментов, стенового ограждения и других элементов свидетельствует о достаточно низкой технологичности конструктивных решений, что приводит к увеличению трудозатрат, сопоставимых с возведением нового здания.

Дополнительные функциональные и композиционные возможности появляются при реконструкции двух и трех расположенных рядом жилых зданий. В этих случаях возможно применение различного рода встроек, подчеркивающих архитектурный стиль микрорайона.

Особое место при реконструкции отводится формированию надстраиваемых этажей, максимальному выявлению возможности крыши как важного элемента композиции жилого здания. Во всех случаях мансардный этаж позволяет заметно обогатить пластику «пятиэтажек» и тем самым улучшить архитектуру и повысить композиционное значение. Особенно это важно, когда рядом с пятиэтажным зданием находится более высокая встройка.

Комплексная реконструкция допускает устройство надстройки рядом стоящих пятиэтажных и устройство многоэтажных, встроенных между ними зданий. Устройство угловых и линейных встроек позволяет улучшить пространственную композицию застройки.

ГЛАВА 4
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

Долговечность зданий как сложных систем определяется изменчивостью во времени свойств материала за счет физико-химического воздействия окружающей среды, нагрузок и воздействий от эксплуатации. В конструктивных элементах здания происходят значительные изменения и колебания усилий и напряжений, их концентрация и накопление, в результате чего возникают остаточные деформации, вызывающие микро- и макроразрушение. Накопление повреждений в элементах здания приводит к возникновению условий, при которых дальнейшая эксплуатация невозможна без восстановительных работ. Само накопление повреждений является, как правило, длительным процессом и зависит от степени эксплуатации, внешних условий, из которых следует выделить прежде всего температурно-влажностные и агрессивные воздействия окружающей среды. В то же время накопление повреждений носит случайный характер.

Категории надежности и долговечности неадекватны. Как правило, долговечность характеризует эксплуатационный срок здания в целом и конструктивных элементов в отдельности.

Под долговечностью здания понимают такой предельный срок службы, за который под воздействием природно-климатических факторов конструктивные элементы приходят в состояние, когда дальнейшая эксплуатация становится невозможной, а восстановление - экономически нецелесообразным. Долговечность здания определяется сроком службы несменяемых при ремонте конструкций. Некоторые авторы под долговечностью понимают такой срок службы, по истечении которого снижается вдвое несущая способность конструкций.

В зависимости от капитальности зданий установлен нормативный срок службы конструкций. Так, для первой группы капитальности срок службы фундаментов, стен и перекрытий составляет 150 лет; для второй группы: фундаменты и стены - 120 лет, перекрытия - 100 лет; третьей группы: фундаменты и стены - 100 лет, перекрытия - 50 лет.

Опытные данные показывают, что технический срок службы конструктивных элементов зданий существенно превышает нормативный. В то же время достаточная неоднородность по показателю долговечности используемых строительных материалов приводит к возникновению условий, снижающих надежность отдельных узлов и конструктивных элементов здания. Характерным примером неоднородности по долговечности являются деревянные перекрытия, металлическая кровля, инженерное оборудование и др.

Изучение надежности и долговечности зданий является весьма актуальной проблемой. Этому вопросу посвящен ряд работ, из которых следует отметить исследования А.А. Русакова, Б. Г. Бердиневского, В.Д. Райзера, В.Н. Богословского, А.Г. Ройтмана, Е. Арендского, Д. С. Авирома, К.А. Шрейбера, Г. Шлете и других авторов.

Случайный характер воздействий на строительные конструкции потребовал применения вероятностно-статистических методов их расчета, которые успешно используются при конструировании и расчете элементов зданий.

В настоящей работе сделана попытка развить имеющиеся представления о надежности реконструируемых зданий, разработать методику и использовать математический аппарат, позволяющий приблизить модели к реальным условиям.

Представляет интерес рассмотрение физической, математической, технологической и экономической моделей надежности. Эти аспекты исследований охватывают широкий круг технических, организационно-технологических и экономических вопросов, комплексная оценка которых дает путь к оптимизации и принятию решений по проектам реконструируемых объектов как сложных систем.

§ 4.1. Физическая модель надежности реконструируемых зданий

Основой расчетов конструкций жилых зданий является метод предельных состояний. Расчеты ведутся по двум предельным состояниям:

- по несущей способности, обеспечивающей прочность, общую и местную устойчивость зданий в процессе возведения и эксплуатации;

- по деформациям, появлению или расширению трещин, обеспечивающим пространственную жесткость здания, недопустимость появления или развития трещин, нарушающих нормальную эксплуатацию.

По первому предельному состоянию рассчитывают: фундаменты, стены, колонны, перекрытия и покрытия, лестничные площадки и марши и др. По второму предельному состоянию проверяют здание в целом для оценки деформативности в результате неравномерных осадок от технологических нагрузок и воздействий от ветра.

Отсутствие определенных данных об изменении свойств материалов конструкций во времени в результате воздействия внешних факторов заставляет увеличивать запас прочности конструкций. Это обстоятельство создает определенную степень повышения надежности конструкций. Предполагается, что все элементы здания должны воспринимать предельную нагрузку и в максимальной степени использовать свою несущую способность. На практике сталкиваемся с высокой степенью неравномерности загрузки конструкций, и только меньшая часть элементов и узлов работает в предельном режиме. Кроме того, здания, построенные и рассчитанные по менее совершенным методикам, имеют достаточно высокие запасы прочности.

Факторы, влияющие на надежность зданий, можно условно разделить на две группы: внутреннего характера и внешнего воздействия. К первой группе относятся: физико-химические процессы, протекающие в материале конструкций; нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации; конструктивные факторы; качество изготовления конструкций. Ко второй группе причин относятся: климатические факторы (температура, влажность, солнечная радиация, попеременное замораживание и оттаивание и др.); факторы агрессивности окружающей среды (наличие в атмосфере агрессивных компонентов, биологические факторы, ветры, пыль и т.д.), а также качество эксплуатации. Последний фактор имеет в ряде случаев более важное значение, так как по интенсивности износа конструкций может превышать все остальные.

В качестве примера можно привести наличие протечек и неисправностей в системе водоснабжения и канализации, когда систематические утечки жидкой фазы увлажняют перекрытия, создавая благоприятные условия для возникновения и роста грибковых образований, коррозии арматуры и закладных деталей, нарушения целостности основания фундаментов. Результатом этого процесса при длительном воздействии может быть полная потеря устойчивости здания. Таким образом, следует отметить многообразие факторов, влияющих на надежность здания. При этом выделить группу решающих факторов весьма сложно.

В общем виде физическая модель надежности зданий может быть представлена в виде блок-схемы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Блок-схема физической модели надежности зданий

Графическая интерпретация критерия надежности здания за период эксплуатации может быть представлена системой экспоненциально убывающих кривых. Степень экспоненты, т.е. интенсивность падения надежности, может быть различной, зависимой от характера эксплуатации, конструктивных решений и вида материалов.

На рис. 4.2 приведены графики изменения надежности за период эксплуатации здания. Здесь заданная надежность системы конструкций здания с начальным резервированием по прочности и деформативности N0Со временем эксплуатации Т происходит снижение надежности до порогового уровня, т.е. до появления отказа системы, приводящего к снижению или потере несущей способности основных конструкций здания.

 

Рис. 4.2. Изменения надежности за период эксплуатации здания
- теоретическая кривая; - то же, при начальном резервировании; - повышение надежности при восстановительных работах; D- увеличение надежности

По мере эксплуатации зданий имеет место выполнение различного рода ремонтных работ, которые восстанавливают и повышают надежность конструктивных элементов и в целом здания. Так, в периоды Т1, Т2 произведены восстановительные работы, которые привели к повышению надежности системы на параметры N1, N2 или N3.

Приведенная модель динамики изменения надежности в зависимости от времени эксплуатации здания основана на оценке системы в целом и не учитывает надежность и долговечность конструктивных элементов в отдельности. Однако этот фактор в ряде случаев имеет определяющее значение. Так, для зданий дореволюционной и предвоенной построек характерно использование деревянных конструкций перекрытий, что приводит к снижению долговечности зданий по этому параметру. В то же время конструкции фундаментов и стен, выполненные из кладочного материала, имеют более высокие надежность и долговечность. Эти элементы здания могут быть отнесены к несменяемым.

Доля несменяемых конструктивных элементов зданий старой постройки составляет 40- 42 %, для построек послевоенных лет 53-55 %, современных крупнопанельных и сборно-монолитных - до 80 %. К несменяемым элементам относятся фундаменты (5-7 %), стены (35-40 %), перекрытия железобетонные (11-12 %), лестницы (2-3 %), индустриальные кровли (2-3 %), лифтовые шахты, мусоропроводы (2-4 %).

Таким образом, под надежностью здания следует понимать стабильность показателей качества и эффективности его функционирования, которая зависит от надежности конструкций и систем здания в их совокупности. Показателем надежности здания в целом является оптимальный срок его безаварийной службы.

Событие, способствующее нарушению работоспособности конструкций, называется отказом. Под отказом несущих и ограждающих конструкций понимают такое техническое состояние элемента, которое предшествует потере несущей способности или полной потере ограждающих функций.

Отказы конструкций классифицируются по характеру действия на последовательные, постепенные и внезапные.

В зависимости от диапазона - частичные, связанные с отклонением характеристик от допустимых значений и не вызывающие полной утраты работоспособности, и полные отказы.

В зависимости от последствий - незначительные, не приводящие к ухудшению эксплуатационных характеристик; значительные (критические), приводящие к полному прекращению выполнения функций.

Постепенные отказы являются функцией времени, вызываемые, как правило, старением материала конструкций. Внезапные отказы носят случайный характер и являются следствием потери несущей способности конструкций в результате концентрации напряжений, превышающих расчетные.

Для простоты анализа строительных систем имеется два возможных состояния: нормальное эксплуатационное и отказ. В практике эксплуатации жилищного фонда здания могут иметь несколько состояний, соответствующих частичным и постепенным отказам в результате накопления дефектов, а также критическим. В последнем случае имеются в виду отказы несущих элементов зданий, приводящие к полной потере работоспособности здания.

Оценка уровня эксплуатационной надежности зданий показывает соответствие состояния и свойств конструктивных элементов действующим нормативам. Поэтому любое изменение нормативных требований приводит к снижению или повышению уровня надежности. Характерным примером такого влияния являются изменения норм теплотехнических характеристик ограждающих конструкций. Это привело к снижению эксплуатационной надежности и возникновению отказов практически для всех зданий постройки до 1998 г. Подобную ситуацию наблюдаем при оценке эксплуатационной надежности систем инженерного оборудования, энергосистем и др. Даже при низком уровне физического износа такие системы не отвечают новым нормативным требованиям и находятся в состоянии отказа.

На рис. 4.3 приведены характерные типы отказов. В связи со случайным характером воздействий на конструктивные элементы здания модель надежности здания носит вероятностно-статистический характер.

Рис. 4.3. Характеристика отказов
1 - теоретическая кривая; - то же, при начальном резервировании и влиянии техногенных процессов; - повышение надежности при восстановительных работах

§ 4.2. Основные понятия теории надежности

При реконструкции здания в проектах должен предусматриваться уровень его надежности до и после реконструкции. В зависимости от качества конструкций и узлов здания выбирается тот или иной проект реконструкции. Заметим, что уже в проект нового здания закладывается определенный уровень надежности его элементов (фундаментов, несущих и ограждающих конструкций и т.п.). Обычно начальная надежность здания несколько меньше теоретической. Как уже отмечалось, с первого дня существования здания в отдельных узлах и конструкциях начинают происходить изменения, выражающиеся в ухудшении характеристик и показателей. Эти изменения по важности и интенсивности различны: одни приводят к ухудшению комфорта помещений, другие - к авариям и разрушению всего здания; одни можно быстро устранить, другие - устранить вообще невозможно; одни протекают во времени постепенно, другие - возникают внезапно, без видимых причин.

Нет нужды говорить о том, что при решении вопроса о целесообразности реконструкции необходим тщательный анализ состояния здания с точки зрения надежности его узлов и конструкций, а в случае принятия положительного решения - анализ проекта реконструкции, позволяющий оценить, какой будет надежность реконструированного здания.

Таким образом, с позиции надежности при реконструкции зданий возникают две основные проблемы:

оценка надежности элементов старого здания;

оценка надежности реконструированного здания при принятии того или иного проекта.

Для дальнейшего нам необходим ряд простейших понятий из теории надежности.

Как и в других областях науки, основные понятия теории надежности воспринимаются путем описания соотношений между ними.

Под изделием понимаются элемент, система или ее часть и т.д. Эксплуатация изделия - совокупность всех фаз его существования. Понятие надежности существенным образом связано с понятием качества.

Качеством изделия называется совокупность свойств, определяющих степень пригодности изделия для использования по назначению.

Качество сложных изделий, например здания (или его элементов), как правило, определяется весьма большим набором свойств. С течением времени свойства, составляющие качество изделия, видоизменяются, и чаще всего в нежелательную сторону.

Надежность изделия - это его способность сохранять качество при определенных условиях эксплуатации.

Следующие из основных понятий теории надежности - отказ и безотказность. Под безотказностью понимается способность изделия сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени в определенных условиях эксплуатации. Отказ - это частичная или полная утрата или видоизменение таких свойств изделия, которые существенным образом снижают или приводят к полной потере работоспособности. Несмотря на всю относительность, понятие отказа является полезной и содержательной характеристикой надежности, так как оно позволяет вводить различные численные характеристики надежности, а это, в свою очередь, позволяет сравнивать различные проекты реконструкции с позиции надежности будущего здания.

Для таких объектов, как здания и другие строительные сооружения, важнейшим понятием надежности является долговечность. Под долговечностью изделия понимают его способность к длительной эксплуатации при необходимом техническом обслуживании, в которое могут входить и различные виды ремонтов. В конце срока, определяющего долговечность, в изделии появляются такие процессы, связанные с износом или старением, устранение которых либо невозможно, либо экономически нецелесообразно.

Для тех изделий, в которых работоспособность поддерживается с помощью ремонтов, важным показателем является ремонтопригодность. Ремонтопригодностью изделия называется его приспособленность к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. К показателям ремонтопригодности относятся вероятность восстановления в заданное время, среднее время ремонта, удельная трудоемкость ремонтов, стоимость и т.п.

Рассмотрим, как работают введенные понятия в такой системе, как здание. В настоящее время жилые и общественные здания, как и другие промышленные изделия, переживают значительное изменение масштабов сложности. Современное здание с полной уверенностью можно отнести к большим системам. Большие технические системы - это соединение значительного числа разнообразных компонент, имеющих сложную переплетающуюся связь и переменные изменяющиеся нагрузки. Среди части инженеров и ученых, занимающихся проектированием сложных систем, распространено мнение, что понятие теории надежности неприемлемо для сложных систем. Утверждается тезис, что понятие надежности сложной системы лишено смысла и надо говорить только об эффективности таких систем. Действительно, понятие качества сложной системы (например, здания), созданной для работы в меняющейся обстановке, включает в себя совокупность многих десятков, а иногда и сотен свойств, определяющих качество. Потому понятие отказа, связанное с полной или существенной потерей работоспособности системы, выглядит весьма искусственно. Более приемлемым является введение сводного показателя качества - эффективности, являющейся мерой производительности системы с учетом внешней обстановки и способа применения. На самом деле понятие эффективности не зависит от понятия надежности. Можно говорить об эффективности абсолютно надежных систем. Однако если составные части системы не являются абсолютно надежными, то их качество существенным образом сказывается на эффективности. Другое возражение применению методов теории надежности при проектировании новых и реконструировании старых зданий состоит в следующем. Каждое здание - сложная система, состоящая из большого числа элементов, скажем п. Если Pi - надежность i-го элемента, т.е. вероятность того, что в течение данного промежутка времени элемент не выйдет из строя, то надежность здания определяется как .

Если п велико, то даже при Pi ≈1, Pi < 1 надежность всего здания Р << 1, что противоречит практике домостроения. В этих рассуждениях много погрешностей. Во-первых, предлагается слишком упрощенная математическая модель. Во-вторых, формула (4.1) верна, если только элементы сложной системы выходят из строя независимо друг от друга. Это предположение абсолютно неприемлемо для строительных сооружений. Следовательно, проблема состоит не в неприемлемости идей теории надежности, а в трудностях построения адекватной математической модели. Обычно она оказывается чрезвычайно сложной, и возникают новые трудности - в получении решения с помощью модели. Есть еще один круг проблем, которого мы не будем касаться в данной работе. Это - сбор и обработка статистического материала, необходимого для оценки параметров модели.

В заключение параграфа заметим, что часто применительно к зданиям под надежностью понимают только прочностные свойства. Это не совсем верно. Например, наружные ограждающие конструкции чаще оказываются ненадежными при выполнении ограждающих функций, чем прочностных.

§ 4.3. Основная математическая модель для изучения надежности зданий

До сих пор мы говорили о понятиях надежности в самом общем плане. Однако если мы попытаемся ввести количественные показатели, то неизбежно приходим к вероятностной трактовке этих понятий.

Обычно под надежностью понимается вероятность безотказной работы в течение заданного промежутка времени. Наряду с этим встречаются и другие толкования этого термина. Вообще говоря, количественных характеристик надежности много, в каждом конкретном случае решающую роль могут играть различные показатели надежности.

В отличие от простых систем, где имеются только два возможных состояния - нормальное эксплуатационное и отказ, в зданиях большая часть конструкций и элементов может иметь несколько состояний, соответствующих частичным отказам и неисправностям. В связи с этим иногда- отказы классифицируют: частичный отказ узла или элемента, восстановление или усиление которого приводит к полному восстановлению надежности сооружений; отказ наиболее ответственных элементов сооружений (основания, фундаментов, колонн, ригелей и т.п.), приводящий к полному отказу всего сооружения. Отказы второй группы могут быть внезапными, а усиление этих элементов порой связано с большими объемами работ и экономическими затратами.

Таким образом, характеристики отказов должны отображать различные категории несущей способности здания или его частей. Предельно допустимую вероятность отказа, о которой мы еще будем говорить далее, следует определить в зависимости от тяжести последствий, как это всегда и делается в теории принятия решений. Обычно более надежным является изделие, работающее в мягких (благополучных) условиях эксплуатации, чем в жестких (предельных). Поэтому одним из способов повышения надежности, например в станкостроении, радиоэлектронике и т.п., является создание облегченных условий для работы изделий.

Специфика здания как изделия состоит: в невозможности создания облегченных условий для работы здания в целом, хотя для отдельных узлов и элементов такая возможность имеется; в трудности (или невозможности для некоторых элементов) использования резервирования.

Современные методы расчетов узлов и конструкций зданий (в частности, метод предельных состояний) сосредоточивают внимание на границах качества, хотя для многих характеристик (тепло-, звукоизоляция и др.) важно не только предельное состояние, но и распределение качества. Статистика показывает, что большая часть отказов и аварий происходит из-за так называемых мелочей: невыполнения всех поверочных расчетов конструкций, особенно при проектировании и при работе нескольких авторов, неаккуратности рабочих при изготовлении изделий и монтаже, отклонений от технологических режимов, неподготовленности обслуживающего эксплуатационного персонала и т.п.

Основной недостаток расчетов конструкций по предельным состояниям в том, что отсутствует фактор времени. Статистическую изменчивость нагрузок и механических свойств материалов конструкций указывают соответствующими коэффициентами запаса.

К сожалению, зависимость свойств материалов от времени невозможно прогнозировать с достаточной точностью на длительный промежуток времени. Разумеется, есть параметры, характеризующие свойства материалов, для которых тем или другим статистическим методом удается найти явные временные зависимости. Тем не менее следует отдавать отчет, что все эти параметры являются на самом деле случайными процессами и в лучшем случае мы получаем с помощью статистических исследований среднее их значение. Между тем надежность системы самым существенным образом зависит от статистических свойств этих случайных процессов.

В связи с этим предлагается достаточно общая математическая модель для оценки надежности сложной системы, работоспособность которой будет проиллюстрирована при оценке надежности реконструированных зданий.

Первый шаг состоит в разбиении сложной системы на ее составляющие - элементы. Способ разбиения определяется задачами, которые ставит перед собой исследователь, а также совокупностью статистического материала, которым он располагает.

В качестве примера рассмотрим здание, подлежащее реконструкции. На первом этапе исследования можно выделить следующие основные элементы: грунтовое основание; фундаментная часть; перекрытия; несущие стены продольные и поперечные; кровля.

Для описания состояния здания в каждый момент времени мы рассматриваем многомерный процесс X(t) = (x1(t), ..., Xn(t)),n, так что в момент состояние процесса описывается n-мерным (в нашем примере пятимерным) вектором. Каждая из компонент вектора X(t) может, в свою очередь, находиться в различных состояниях, так что компоненты принимают различные значения. Для практических расчетов достаточно предположить, что число этих значений конечно. Пусть еi1, ..., eik - возможные значения i-й компоненты.

Совокупность всех значений процесса X(t) принято называть фазовым пространством. Обозначим его X. В нашем случае представляет собой конечное множество, состоящее из К1 ´ К2, ...,Кп точек. Если X(t) в момент находится в точке (е1,j1, е2,j2, ..., еп,jn), это означает, что его первая координата принимает значение е1,j1, вторая е2,j2 и т.д. С позиции теории надежности в фазовом пространстве выделяется некоторое подмножество состояний Q, попадание в которое процесса X(t) означает аварию (отказ). Тогда надежность системы Р(Т) за время Т есть вероятность того, что процесс X(t) за время Т, выйдя из некоторой фиксированной точки, не попадет во множество Q, т.е. .

Чтобы сделать это понятие содержательным, необходимо задать вероятностно-статистические характеристики процесса X{t)Это второй шаг построения математической модели.

Мы будем строить это описание исходя из следующих предположений, которые в плане будущих применений к оценке надежности реконструированных зданий представляются достаточно естественными:

за малое время ∆возможно изменение лишь одной из координат процесса;

за малое время ∆возможен переход только в соседнее состояние.

Это означает, что возможные значения координаты перенумерованы таким образом, что возможны только переходы типа i  i + 1. Позднее мы проиллюстрируем это обстоятельство на примере.

Пусть теперь αi,(x)∆- вероятность того, что система за время ∆из состояния х(х1,..., хn) перейдет в состояние  . Если предположить, что переходы из одного состояния в другое зависят только от текущего состояния процесса, то совокупность функций {αi(x), i = 1,2,...,п} полностью определяет вероятностные свойства процесса и, таким образом, математическая задача поставлена.

При этом возникают две основные проблемы:

- как на основании экспериментальных данных получить функцию αi(x);

- как найти вероятность Р(Т), если αi(x) ( i = 1,...,п) дана.

Первая проблема - из области математической статистики, но она самым тесным образом связана с предметной стороной исследования. Вторая проблема - очень трудная математическая задача, решенная к настоящему времени лишь для некоторых частных случаев.

Тем не менее есть математические идеи, позволяющие получить приближенное значение Р(Т)Они базируются на ряде математических теорем [95], утверждающих, что время достижения критического множества в достаточно общих предположениях, выполненных для широкого класса практических задач, имеет экспоненциальное распределение, так что  , где τ - среднее время достижения критического уровня.

Проблема отыскания среднего времени τ достижения несравненно проще отыскания распределения. Более того, она может быть получена по результатам прошлых наблюдений за идентичными объектами.

Прежде чем переходить к моделям, связанным с надежностью зданий при их реконструкции, поясним сказанное на простом примере.

Пример 1Рассмотрим систему, состоящую из двух элементов (например, элемент 1 - грунтовое основание здания, а элемент 2 - его фундаментная часть), так что фазовое пространство Xявляется двумерным с точками (х1х2).

Зададим различные состояния грунтов, т.е. первой координаты, следующим образом:

состояние 1 - уплотненные фунты с допустимой осадкой и равномерной осадкой здания;

состояние 2 - грунты с нарушением их физико-механических свойств, однако не вызывающим опасения неравномерных осадок здания;

состояние 3 - грунты с таким нарушением их свойств, которое вызывает опасения относительно целостности здания;

состояние 4 - грунты с таким нарушением свойств, которое обычно вызывает неравномерную осадку здания и приводит к частичному разрушению фундамента;

состояние 5 - грунты с нарушением физико-механических свойств, обычно приводящим к полной потере несущей способности фундамента.

Итак, первая координата имеет 5 возможных состояний. При этом если не производятся работы, направленные на упрочнение и укрепление оснований, такие как поверхностное и глубинное уплотнение и инъецирование, закрепление силикатизацией, цементацией и другими техническими приемами, движение процесса по первой координате возможно только в одном направлении, т.е. схематически мы можем иметь только траекторию, представленную на рис. 4.4. Если, например, при достижении состояния 3 проводятся работы по упрочнению и укреплению основания, то возможен переход из состояния 3 в 2 или 1.

Рис. 4.4. Траектория процессов для примера 1

Мы предполагаем, что время выполнения работ по укреплению грунтов весьма мало по сравнению со временем функционирования системы и даже по сравнению со средним временем движения системы из одного состояния в другое. Это позволяет не вводить дополнительную переменную в наш случайный процесс X(t), которая фиксировала бы, на какой стадии находятся реконструктивные работы в данный момент. Итак, реконструктивные работы могут быть заданы такими вероятностями:  - вероятность осуществления восстановительных работ, если первая координата находится в состоянии i - вероятность перехода первой координаты из состояния i в состояние j £ i, если осуществляются восстановительные работы.

Переходим к определению возможных значений второй координаты (фундаменты) по состояниям: 1 - нормальное без видимых нарушений; 2 - локальные нарушения сцепления с кладочным раствором; 3 - повсеместное нарушение сцепления с кладочным раствором; 4 - сквозные трещины; 5 - потеря несущей способности (разрушение).

Итак, вторая координата нашего процесса также имеет пять возможных значений, и если не производятся работы по усилению, восстановлению или защите фундаментов от агрессивных воздействий, движение второй координаты возможно только в одном направлении, т.е. из состояния i в состояние i + 1. Учет восстановительных работ можно проводить так же, как для координаты х, вводя соответствующие вероятности  и .

Критическое множество фазового пространства состоит из точек вида (i, 5), т.е. содержит все точки, в которых фундамент потерял несущую способность: Q = {( i,5), i = 1,2,3,4,5}.

Фазовое пространство X(t) состоит из 25 точек. Критическое множество содержит 5 точек.

На рис. 4.5 изображена одна из возможных траекторий процессов.

Рис. 4.5. Пример траектории процессов

Эта траектория соответствует такой ситуации: из нормального состояния грунта и фундамента (1,1) осуществляется переход в состояние, когда в грунте возникают первичные нарушения физико-механических свойств (состояние (2,1)), что приводит к локальным нарушениям сцепления с кладочным раствором в фундаменте (состояние (2,2)), далее в грунте происходят более глубокие нарушения физико-механических свойств (состояние (3,2)), что приводит к повсеместным нарушениям сцепления с кладочным раствором фундамента (состояние (3,3)) и т.д.

Математическая модель будет полностью определена, если будут заданы вероятностные характеристики, описывающие случайный процесс X(t)Наиболее простая модель получается при предположении экспоненциальности.

Времена пребывания случайного процесса X(t) в состоянии (il,i2), коль скоро он