Методика мониторинга состояния высотных зданий и сооружений

Проведение мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций необходимо для обеспечения механической безопасности уникальных высотных зданий, комплексов и сооружений, согласно ГОСТ 32019-2012 «Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки стационарных систем (станций) мониторинга» и СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования»,

Необходимость мониторинга высотных объектов, возникает только для уникальных высотных зданий, которыми, согласно Градостроительному кодексу ГрК РФ Статья 48.1 являются здания с высотой, превышающей 100 м.

Цели, задачи и состав работ по мониторингу технического состояния оснований и строительных конструкций уникальных высотных зданий регламентируются индивидуальными программами мониторинга и анализа состояния несущих конструкций в зависимости от архитектурного и конструктивного решения здания и его деформационного состояния.

Для проведения мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций высотных зданий на них устанавливают станции мониторинга технического состояния здания. Станцию мониторинга рассматривают как автоматизированную измерительную систему, где решения по результатам автоматически произведенных с помощью станции мониторинга измерений принимает оператор станции и соответствующие специалисты.

Системы мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций высотных зданий устанавливают на них стационарно. Проект системы мониторинга разрабатывается в рамках раздела проектной документации 10.1 «Требования к обеспечению безопасной эксплуатации объектов капитального строительства» в соответствии с Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004 N 190-ФЗ.

Систему мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций уникальных зданий (далее - станцию мониторинга) внедряют с целью выявления на ранней стадии изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания, с тем, чтобы решить вопрос о необходимости проведения обследования конструкций для уточнения категории технического состояния здания.

Систему мониторинга проектируют на основании разработанной и утвержденной в установленном порядке программы мониторинга в соответствии с техническим заданием на проектирование.

Традиционно мониторинг типовых серий зданий выполняется с использованием хорошо известных геодезических методов и способов, отработанных на разных грунтах и в разных климатических условиях.

Так, осадку и крен сооружения определяют методом нивелирования (геометрического, тригонометрического, гидростатического) с использованием оптических нивелиров, оптических теодолитов, а крен и изгиб высотного сооружения - методами оптического проектирования и геодезических засечек с использованием приборов вертикального проектирования. Для определения относительных перемещений здания и сооружения используются определенные типы датчиков.

Очевидно, что мониторинг уникальных высотных зданий, функциональное назначение, материал изготовления и конструктивная схема отличаются от типовых зданий, должен выполнятся другими методами и с использованием иных, более современных, подходов и новых средств измерения: цифровых датчиков, инклинометров, лазерных сканеров, оптико-волоконных датчиков, навигационных спутниковых систем и автоматизированных систем геодезического мониторинга.

На сегодняшний день у отечественных компаний не существует достаточного опыта в строительстве и понимания поведения уникального высотного здания в процессе эксплуатации. Нередко возникающие дефекты и особенности поведения уникальных высотных зданий и сооружений могут иметь причиной нарушения норм, ошибок и наличия человеческого фактора в период строительства или еще на стадии проектирования. Поэтому системы контроля состояния распространяется на полный жизненный цикл уникальных высотных зданий и сооружений, начиная с момента их проектирования и строительства.

При этом будут различными цели и задачи, и, соответственно, методики мониторинга высотных зданий разных этапов жизненного цикла: период инженерных изысканий, проектирование, строительство (в том числе консервация), эксплуатация (в том числе текущие ремонты), реконструкция, капитальный ремонт, снос здания или сооружения

Мониторинг на этапе инженерных изысканий строящегося (или реконструируемого) высотного здания включает в себя:

- проведение натурных наблюдений;

- оценку результатов наблюдений и сравнение их с проектными данными;

- прогноз на основе результатов наблюдений изменения состоянии строящегося (реконструируемого) сооружения или существующих объектов в зоне его влияния, а также массива грунта, включая подземные воды;

- разработку в необходимых случаях мероприятий по ликвидации недопустимых отклонений и негативных последствий;

- контроль за выполнением принятых решений..

По результатам мониторинга проектная организация может произвести корректировку проектного решения.

Однако чаше всего вопрос о необходимости организации мониторинга уникальных высотных зданий рассматривается на стадии проектирования либо с момента принятия решения об создании системы мониторинга для уже эксплуатируемых уникальных зданий. Стандартизацию требований к проектированию и установке систем мониторинга высотных зданий проводят в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

На этой стадии составляется программа наблюдений и разрабатывается система наблюдений, которые включаются в раздел «Система мониторинга на площадке». Устанавливается постоянный режим мониторинга строительства уникальных зданий.

С начала возведения уникального высотного здания мониторинг помогает оценивать его поведение. Именно поэтому, мониторинг этапа строительства уникального здания фактически начинается, как это подробно определено в СП 267.1325800.2016, с установки датчиков наклона под плитную часть ростверка или фундаментной плиты.

Программа мониторинга высотного здания этапа строительства может включать:

- наблюдения за поведением строящихся и существующих сооружений, за состоянием их несущих конструкций - измерение деформаций сооружений (осадки, крены, горизонтальные смещения и др.);

- фиксацию и наблюдение за образованием и раскрытием трещин; измерение усилий в распорных и анкерных конструкциях глубоких котлованов; измерение уровня колебаний сооружений при наличии динамических воздействий и др.

Следует иметь в виду, что система мониторинга предназначена для конкретного высотного здания. В связи с разнообразием архитектурных и конструктивных решений, а также в связи с существованием различных концепций мониторинга проекты станций мониторинга для различных высотных зданий могут существенно различаться.

Объединяет различные проекты станций мониторинга только общая структура и основная задача проектирования станции мониторинга - обеспечение безопасного функционирования высотного здания.

В сейсмоопасных районах на уникальных зданиях и сооружениях дополнительно оборудуют комплексы регистрации движений элементов сооружения и участков прилегающего грунта при землетрясениях - инженерно-сейсмометрические станции.

Результаты мониторинга являются основой для проведения эксплуатационных работ на этих объектах.

При мониторинге высотного здания на стадии эксплуатации осуществляют контроль за процессами, протекающими в конструкции уникального здания и грунте, для своевременного обнаружения на ранней стадии тенденции негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкции и основания, которое может повлечь за собой переход объекта в ограниченно работоспособное или аварийное состояние, а также получения необходимых данных для разработки мероприятий по устранению возникших негативных процессов.

При проектировании системы мониторинга для конкретного высотного здания, исходя из целей и программы мониторинга, разрабатывают методику проведения мониторинга.

Для разработки методики проведения мониторинга проводят анализ архитектурных и конструктивных особенностей конкретного высотного здания, возможных природно-техногенных воздействий, возможных нарушений правил эксплуатации и т.п.

На основе проведенного анализа для здания строят модель опасностей. Затем на базе этой модели, руководствуясь знаниями в области строительной механики и работы строительных конструкций, с возможным применением математического и физического моделирования, проводят анализ поведения высотного здания в целом, его частей, конструкций, элементов конструкций, узлов соединения при реализации таких опасностей.

С учетом результатов проведенного анализа выбирают концепцию мониторинга для оптимального выполнения программы мониторинга высотного здания. На основе выбранной концепции мониторинга проектируют:

- методику измерений (технологию мониторинга);

- состав системы мониторинга высотного здания;

- регламент проведения мониторинга;

- программное обеспечение и методика обработки полученной измерительной информации;

- проведение оценки погрешностей;

- форма представляемого по результатам проведения этапа мониторинга заключения.

Для уникального(высотного) здания форма заключения по результатам проведения этана мониторинга определяется индивидуальной программой мониторинга для этого здания.

Для разработки методики измерений составляют перечень частей высотного здания, его

конструкций, элементов конструкций, узлов соединения, которые необходимо контролировать.

На основе перечня частей зданий, следуя программе и выбранной концепции мониторинга, составляют перечень контролируемых (далее - измеряемые) величин с указанием предполагаемых амплитудных и частотных диапазонов их изменения, а также задают обоснованное с точки зрения достижения целей мониторинга значение допустимой погрешности проводимых измерений для каждой измеряемой величины.

Перечни измеряемых величин составляют для каждой части высотного здания, его конструкций, элементов конструкций, узлов соединения, подлежащих контролю.

Определяют способы и методы измерения каждой из измеряемых величин. При этом используют как известные, так и специально разработанные для данной методики измерений способы и методы измерения каждой из величин

Для каждой из измеряемых величин определяют необходимое число первичных преобразователей, схему их размещения и ориентирования в измерительных пунктах. Места для измерительных пунктов должны быть доступны для обслуживающего персонала системы мониторинга, за исключением случаев, когда первичные преобразователи находятся (заложены) непосредственно в «теле» элемента конструкции.

Состав перечня измеряемых величин, число первичных преобразователей, измерительных пунктов и схема их размещения должны обеспечивать получение всех необходимых данных для анализа и принятия обоснованного решения по результатам проведения мониторинга.

Далее определяют комплектность станции мониторинга, включая выбор конкретных типов и марок оборудования. Станцию проектируют для конкретной разработанной методики измерений, руководствуясь требованиями ГОСТ 8.009.

Выбор первичных преобразователей измеряемых величин определяют перечнем измеряемых величин, методикой измерений, метрологическими и техническими характеристиками первичных преобразователей, требованиями по их размещению в соответствии с ГОСТ 32019-2012.

В состав станции мониторинга высотных зданий должны входить первичные преобразователи только тех типов, которые допущены к применению в соответствии с действующими нормативными документами. При проектировании системы связи между первичными преобразователями и программно-аппаратным комплексом станции мониторинга.

При выборе программно-аппаратного комплекса станции мониторинга исходят из технических характеристик составляющих его элементов. При проектировании системы мониторинга высотного здания решают вопросы метрологического обеспечения измерений.

Регламент проведения мониторинга высотных зданий определяют для конкретной разработанной методики измерений и состава станции мониторинга на основе:

- опыта обследования и анализа поведения строительных конструкций здания;

- учета скоростей развития негативных процессов в конструкциях и степени возможного допущения изменения их напряженно-деформированного состояния.

При определении регламента рассматривают периодичность проведения мониторинга, многократность (число серий) и длительность измерений.

В соответствии с действующими нормативными документами, для высотных (уникальных) зданий устанавливают постоянный режим мониторинга, что не всегда означает непрерывность проведения мониторинга.

Измерения проводят многократно (сериями) в рамках одного этапа мониторинга с целью уменьшения погрешностей измерений. Допускается назначение дополнительных серий измерений (например, в дневное время при движущихся лифтах, при остановленных лифтах, в ночное время при остановленных лифтах и при пониженном уровне городского шума, зимой при снеговой нагрузке, без снеговой нагрузки и т.п.).

Это позволяет более четко выделить в процессе обработки данных причины, приводящие к изменениям напряженно-деформированного состояния здания.

При длительных измерениях принимают во внимание то обстоятельство, что изменение внешних условий (температура, влажность и т.п.) во время измерений может привести к необходимости учета дополнительных составляющих погрешностей применяемых средств измерений. Для исключения этого целесообразно ограничивать длительность измерений, что позволит считать условия измерений неизменными

Регламентом, составленным в соответствии с нормативами, должна быть предусмотрена возможность проведения дополнительных этапов мониторинга высотных зданий не в полном объеме программы мониторинга с целью контроля в случае необходимости изменения какой-либо измеряемых величин.

Поскольку основой для достижения целей мониторинга является сравнение результатов этапов мониторинга, проводимых в различное время, регламентом должна быть предусмотрена возможность проведения этапов мониторинга в условиях идентичности состояния высотного здания.

Программное обеспечение проектируют для конкретной системы мониторинга высотного здания. ПО осуществляет функциональный контроль станции и выдает информацию о контроле, координирует работу и взаимосвязь подсистем станции, входящих в ее структуру, и определяет методику комплексной обработки полученных результатов измерений, обеспечивающей проведение анализа различных измеренных величин и сравнение их значений с предельными допустимыми.

Методику комплексной обработки полученной измерительной информации разрабатывают на основании программы и концепции мониторинга высотных зданий для конкретной методики измерений, состава станции мониторинга и регламента проведения мониторинга. При этом могут быть использованы как стандартные программы обработки данных, так и оригинальное программное обеспечение.

Обработка полученных данных должна обеспечивать оперативное получение информации в объеме и форме, позволяющих выявить на ранней стадии тенденции негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций высотного здания, которое может привести к переходу объекта в ограниченно работоспособное или аварийное состояние.

При многократных измерениях, установленных регламентом проведения мониторинга обязательно проводят статистическую обработку получаемых данных.

Критерием пригодности разработанной методики измерений (включая состав станции мониторинга и регламент проведения мониторинга является обеспечение при их применении получения результатов измерений, а также результатов обработки измерительной информации для каждой из измеряемых величин с погрешностью, не превышающей заранее заданного значения допустимой погрешности.

Для установления пригодности разработанной методики измерений, если иного не установлено действующими нормативными документами по вопросам технического регулирования и обеспечения единства измерений, проводят ее метрологическую аттестацию, цель которой - подтвердить выполнение нормативных требований, касающихся критериев пригодности методики.

При проведении метрологической аттестации для каждой из измеряемых величин, руководствуясь требованиями ГОСТ 8.009 и ГОСТ 32019-2012, оценивают погрешность измерений, проведенных с применением конкретной методики, и сравнивают полученные значения с значением допустимой для этой измеряемой величины погрешности измерений.

Метрологическую аттестацию методики измерений проводят аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридические или физические лица. При положительных результатах выдается свидетельство о метрологической аттестации.

При отрицательных результатах метрологической аттестации необходимо применять иные способы и методы измерения или изменить применявшиеся первичные преобразователи измеряемых величин на обладающие более высокими метрологическими характеристиками, или изменить регламент проведения мониторинга, увеличив число измерений в серии.

Описания состава системы мониторинга высотных зданий, регламента проведения мониторинга, оценки погрешности измерений должны входить в состав методики измерений в виде самостоятельных разделов. На основании описания состава системы мониторинга высотного здания составляют ее паспорт.

Компания «СМИС Эксперт» имеет большой опыт в области разработки и внедрения систем непрерывного мониторинга уникальных высотных с использованием измерительной аппаратуры, специального программного обеспечения в реальном режиме времени:

- разработка концепций и методик проведения мониторинга для различных стадий жизненного цикла высотных зданий (проектирование, строительство, эксплуатация объектов);

- определение мест, в которых деформации или напряжения могут оказаться близкими к предельно допустимым, расчет связи показаний датчиков в этих местах с напряжениями (деформациями) в остальных точках;

- определение необходимого числа контролируемых параметров, которые могут дать достаточно полную информацию о техническом состоянии моста;

- определение порядка действий диспетчерских служб и ответственных лиц в случае возникновения аварийной и нештатной ситуации (голосовое оповещение, звуковая сигнализация, автоматическое отключение толкающих устройств и т. д.);

- разработка и внедрение постоянно действующего аппаратно-программного комплекса, позволяющего в автоматическом режиме проводить сбор, систематизацию, хранение и анализ данных о контролируемых элементах сооружения на всех стадиях жизненного цикла.

Мы предлагаем широкий выбор средств измерений и поможем вам выбрать лучшие решения для вашего проекта и бюджета.

Для получения бесплатной консультации, уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по телефону +7 (495) 532-52-62, по e-mail: info@smis-expert.com, закажите звонок или оставьте заявку на одной из контактных форм обратной связи на странице сайта.

Мы предоставим вам всю необходимую информацию, подберем оптимальное решение для Вашего объекта, сделаем предварительную оценку бюджета.

Источник материала: