Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Методика мониторинга изменения состояния несущих конструкций высотного здания гостиничного комплекса

Методика мониторинга изменения состояния несущих конструкций высотного здания гостиничного комплекса

В рубрику "Официальный раздел" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Методика мониторинга изменения состояния несущих конструкций высотного здания гостиничного комплекса

С.П. Сущев,
генеральный директор ООО "Центр исследований экстремальных ситуаций", д.т.н., профессор

В.В. Самарин,
главный научный сотрудник 000 "Центр исследований экстремальных ситуаций", д.т.н., профессор

В.Н. Сотин,
ведущий научный сотрудник 000 "Центр исследований экстремальных ситуаций", к.т.н.

Конструктивные особенности здания

Гостиничный комплекс (рис.1) представляет собой высотное здание, которое имеет подземную автостоянку (4 этажа), 24 жилых этажа и один технический, а также торговую зону на первых двух этажах. На этажах с 3-го по 6-й расположены гостиничные номера, а на этажах с 7-го по 26-й - апартаменты.

Здание включает в себя стилобатную часть (6 этажей), высотную часть (этажи 7-27) и пять подземных этажей (рис. 2-4). На минус первом подземном этаже, кроме въезда в подземную автостоянку, размещаются технические помещения. Здание разделено на пожарные отсеки в плане по функциональным зонам, а также по вертикали - 14-м этажом.

Конструктивно здание выполнено в виде железобетонного монолитного каркаса. Ограждением котлована является железобетонная конструкция, выполненная методом "стена в грунте" толщиной 600 мм. Фундамент здания - монолитная железобетонная плита высотой 2000 мм из бетона класса B25W8. Стены жесткости, имеющие толщину 250, 400 мм, колонны каркаса и безбалочные перекрытия толщиной 250, 300 и 400 мм изготовлены из бетона класса В25. Из железобетона выполнены лестницы и шахты лифтов. Кирпичные стены надземной части имеют толщину 250 мм, утеплитель стен Rock-woor "Фасад-баттс" - 150 мм, мембрана, воздушный зазор - 60 мм, керамогранит -20 мм. Ограждающие конструкции -дерево-алюминиевые блоки тройного остекления. Кровля - плоская, утепленная с продухом над жилыми помещениями, эксплуатируемая с внутренним водостоком.

Мониторинг состояния инженерно-технических конструкций здания

Основными целями проведения мониторинга являются:

  • обеспечение безопасности персонала и посетителей гостиничного комплекса;
  • своевременное обнаружение негативного изменения деформационного состояния несущих конструкций здания, которое может привести к их разрушению и гибели людей либо к переходу объекта в ограниченно работоспособное или аварийное состояние. Для достижения поставленных целей система мониторинга состояния инженерно-технических конструкций здания гостиничного комплекса (СМИК ГК) разделяется на две функциональные подсистемы -автоматическую сигнальную и автоматизированную подсистему внепланового, периодического мониторинга.

Автоматическая сигнальная подсистема мониторинга

Эта подсистема в режиме реального времени осуществляет решение следующих задач:

  • автоматический мониторинг интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания;
  • обработка и анализ полученных данных с целью с целью определения текущих интегральных характеристик состояния конструкций здания и сравнения их с соответствующими количественными критериями оценки состояния конструкций;
  • автоматическое информирование персонала дежурно-диспетчерской службы (ДДС) здания и Единой системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях (ЕСОДУ) г.Москвы о критически важном ухудшении текущих интегральных характеристик состояния конструкций объекта.

По результатам решения задач автоматической сигнальной подсистемы предусматривается подача дежурным службам сообщений по принципу семафора, что позволяет им оперативно действовать в соответствии с разработанным регламентом по эвакуации и вызову специализированных организаций для проведения внепланового, периодического мониторинга.

Автоматизированная подсистема внепланового, периодического мониторинга

Подсистема запускается по сообщениям от сигнальной подсистемы мониторинга или в соответствии с регламентом, и на нее возлагается решение в автоматизированном режиме следующих задач:

  • сбор и обработка требуемых для оценки состояния конструкций здания гостиничного комплекса данных, получаемых: от сигнальной подсистемы СМИК ГК; от системы геотехнического мониторинга, включая дополнительные инструментальные средства наблюдений за деформациями и перемещением конструкций здания и грунта; путем ввода данных визуальных наблюдений;
  • обработка полученных данных и обеспечение выдачи заключений о состоянии инженерно-технических конструкций здания и рекомендаций по обеспечению его безопасности, разработанных в соответствии с утвержденными установленным порядком методиками.

Собранные и обработанные данные служат для категорирования состояния инженерно-технических конструкций здания, выполняемого на основе полученной информации в соответствии со следующей градацией:

  • первая категория - проектное (нормальное) состояние;
  • вторая категория - ограниченно работоспособное (удовлетворительное) состояние;
  • третья категория - аварийное (неудовлетворительное) состояние.

Оценка технического состояния здания

Количественные показатели технического состояния (категорий) определяются при разработке конструктивного раздела проекта здания и уточняются в процессе строительства и сдачи здания в эксплуатацию путем обследования динамического состояния строительных конструкций здания и/или формируются на основании результатов других исследований, проводимых в рамках НИОКР по согласованию с заказчиком.

Динамическое состояние

Динамические характеристики здания включают в себя:

  • фактические амплитуды ускорения вынужденных колебаний;
  • основные частоты собственных колебаний;
  • собственные формы колебаний;
  • логарифмические декременты колебаний.

При вводе здания в эксплуатацию производят обследование динамического состояния его строительных конструкций для получения количественных критериев оценки их состояния.

По результатам этого обследования уточняются матрицы параметров СМИК ГК для настройки сигнальной подсистемы на корректное определение опасных изменений значений динамических характеристик здания и для настройки подсистемы внепланового, периодического мониторинга.

Оценка напряженно-деформированного состояния

Оценка напряженно-деформированного состояния здания производится экспериментально-расчетным методом. Метод базируется на фундаментальных свойствах конструкции, заключающихся в связи ее жесткости и массы с параметрами собственных и вынужденных колебаний. Расчеты выполняются на конечно-элементной компьютерной модели, откалиброванной по экспериментально определяемым матрице передаточных функций, спектру собственных частот и формам колебаний.

При повреждении отдельных элементов конструкции в них происходит перераспределение внутренних усилий вследствие снижения жесткости, в результате чего меняются матрица передаточных функций и формы колебаний здания, снижаются собственные частоты и увеличиваются амплитуды колебаний. Анализ этих явлений проводится путем установления взаимосвязи между вынуждающей силой и возникающими колебаниями.

Динамическая компьютерная модель

Определение и исследование динамических характеристик здания осуществляются в три этапа:

  • создание компьютерной динамической модели здания с учетом исходных проектных данных;
  • экспериментальное определение динамических характеристик здания в естественных условиях;
  • калибровка компьютерной модели по результатам натурных динамических исследований на базе совпадения расчетных и экспериментальных передаточных функций.

Откалиброванная динамическая компьютерная модель должна отражать фактическое состояние здания.

В качестве расчетного метода анализа реакций здания на динамическое воздействие применяется математическое моделирование сооружения на основе метода конечных элементов (МКЭ). Для этих целей применяется какой-либо программный комплекс, например SCAD, основанный на методе МКЭ и способный производить исследование статических и динамических реакций МКЭ-модели на различные сочетания внешних воздействий.

Техническое обеспечение СМИК ГК

Технология проведения мониторинга, реализуемая СМИК ГК, определяется принятой методикой контроля изменения состояния инженерно-технических конструкций здания гостиничного комплекса и техническим обеспечением системы мониторинга.

Важными составляющими технического обеспечения СМИК ГК являются применяемые средства измерения, принятая схема размещения измерительных пунктов в здании, средства автоматизации, специальное программное обеспечение, а также способы обработки, анализа полученных данных и информирования о результатах мониторинга персонала ДДС здания и ЕСОДУ г. Москвы.

Требования к средствам измерения

СМИК ГК включают в себя следующие измерительные преобразователи: акселерометры (датчики ускорения) двух типов и датчики наклона (инклинометры).

В качестве измерительных преобразователей колебаний конструкций здания под действием динамических ветровых нагрузок применяют акселерометры, характеристики которых должны соответствовать следующим требованиям:

  • число каналов (измеряемых компонент) - 3 (X, Y, Z);
  • коэффициент преобразования - не менее 0,3 В • м-1 «с2;
  • диапазон рабочих частот - не уже от 0,1 до 100 Гц;
  • неравномерность АЧХ в диапазоне рабочих частот - не более 3 дБ;
  • коэффициент нелинейных искажений при выходном напряжении 1 В - не более 0,05 %.

Для определения критического изменения деформационного состояния инженерно-технических конструкций здания применяют акселерометры, которые имеют следующие основные технические характеристики:

  • число каналов (измеряемых компонент) - 3 (X, Y, Z);
  • коэффициент преобразования - не менее 0,06 В • м-1 «с2;
  • верхняя граница диапазона рабочих частот- не менее 100 Гц;
  • рабочий диапазон, м-1 • с2, - не уже ±10 м-1» с2.

Применяемые датчики наклона должны удовлетворять следующим основным требованиям:

  • число каналов (измеряемых компонент) - 2 (X, Y);
  • коэффициент преобразования - не менее 9 мВ/углов. с;
  • рабочий диапазон измеряемых углов наклона - не уже ±300 углов, с.

Размещение измерительных пунктов

Схема размещения измерительных пунктов в здании представлена на рис. 5 и 6.

Измерительные пункты с акселерометрами устанавливаются на несущих конструкциях здания. Их оборудуют на каждом этаже и располагают вдоль двух вертикальных осей здания, разнесенных относительно центра плана здания. Таким образом, контроль напряженно-деформированного состояния здания осуществляют в двух точках каждого из 32 уровней.

Количество измерительных пунктов и места их расположения обеспечивают определение собственных форм горизонтальных колебаний здания в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также форм крутильных колебаний этажей здания в горизонтальной плоскости на низших собственных частотах.

Измерительные пункты с датчиками наклона располагают на самом нижнем (-5) подземном этаже здания и на верхнем этаже здания. Датчики наклона подземного этажа устанавливают в нишах в пяти точках фундаментной плиты симметрично по отношению к вертикальной оси здания и на максимальном удалении от нее, но не ближе 2 м от стен. Один измерительный пункт оборудуют в центре плана здания на пересечении его горизонтальных осей.

Направление измерительных осей датчиков ускорений и наклонов определяется главными осями конструкции здания.

Измерительные пункты СМИК ГК размещают в металлических закрывающихся на замок контейнерах, жестко соединенных с несущими конструкциями здания. При этом обеспечивают удобный доступ к датчикам и электронным узлам измерительных пунктов. Все измерительные пункты кабельной слаботочной линией связи соединяют с помещением ДДС здания, а каждый измерительный пункт снабжается индивидуальным сетевым адресом.

Заключение о состоянии инженерно-технических конструкций здания

Мониторинг изменения состояния несущих конструкций здания гостиничного комплекса осуществляет служба эксплуатации многофункциональных высотных зданий и комплексов с привлечением специализированной научно-исследовательской организации.

Все величины, контролируемые при автоматическом непрерывном мониторинге, должны измеряться в режиме реального времени. Они являются основой для расчета и анализа динамических характеристик здания в зависимости от изменения состояния его инженерно-технических конструкций.

По результатам анализа динамических характеристик здания определяется категория состояния сооружения. Если динамические характеристики начинают выходить за установленные пределы, назначается внеплановый мониторинг с обязательным выявлением причины возникших отклонений и (при необходимости) корректировкой настроек системы.

При внеплановом и периодическом мониторинге проводится обследование здания в соответствии с порядком, установленным действующими нормативными документами. Периодический мониторинг проводится ежеквартально.

Результатом каждого мониторинга является заключение о состоянии инженерно-технических конструкций здания по следующим категориям:

  • проектное (контролируемые в процессе мониторинга динамические характеристики не превосходят значений, полученных расчетным путем при нормативных воздействиях);
  • ограниченно работоспособное (контролируемые характеристики находятся в промежутке между значениями, полученными при нормативных воздействиях и при расчетных воздействиях, - в этом случае подаются предупреждения о приближении серьезной опасности, когда необходимо оперативно выяснить причину изменения состояния, по возможности ее устранить либо выполнить упреждающие организационные мероприятия);
  • аварийное (контролируемые характеристики достигают значений, соответствующих расчетным воздействиям, или превосходят их).

При всех видах мониторинга непрерывно в автоматическом режиме контролируются крен фундаментной плиты и верха здания, а также: амплитуда ускорения вынужденных колебаний; основные частоты собственных колебаний; собственные формы колебаний; логарифмические декременты колебаний.

Наиболее важными являются показатели амплитуды ускорения вынужденных колебаний. В случае превышения предельно допустимых значений этой амплитуды автоматическая сигнальная подсистема мониторинга подает экстренное сообщение о серьезной опасности ("красный" сигнал семафора), прерывая сбор данных для вычисления других контролируемых динамических характеристик.

Опубликовано: Каталог "Системы безопасности"-2009
Посещений: 30918


  Автор
Сущев С. П.

Сущев С. П.

Генеральный директор ООО "Центр исследований экстремальных ситуаций", д.т.н., профессор

Всего статей:  1


  Автор
 

Самарин В. В.

Главный научный сотрудник 000 "Центр исследований экстремальных ситуаций", д.т.н., профессор

Всего статей:  1


  Автор
 

Сотин В. Н.

Ведущий научный сотрудник 000 "Центр исследований экстремальных ситуаций", к.т.н.

Всего статей:  1

В рубрику "Официальный раздел" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций