CC BY
312
AHAЛИЗ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПО МОНИТОРИНГУ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И
СООРУЖЕНИЙ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА НА БАЗЕ ЦЕНТРА СТРУКТУРИРОВАННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ФГБОУ ВПО «МГСУ».
ANALYSIS OF THE NORMATIVE DOCUMENTATION ON MONITORING OF TECHNICAL CONDITION OF BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS, PERFECTION OF METHODS OF MONITORING ON THE BASIS OF THE CENTER OF
STRUCTURED MONITORING SYSTEMS OF THE MOSCOW STATE UNIVERSITY OF CIVIL ENGINEERING
A.B. Коргин, M.A. Захарченко, M.B. Емельянов, B.A. Ермаков, И.В. Рубцов, A.B. Кухта
A.V. Korgin, M.A. Zaharchenko, M.V. Emelianov, V.A. Ermakov, I.V. Rubtsov, A.V. Kuhta.
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
В статье приведен анализ действующей нормативно-технической базы по созданию объектных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений, рассмотрены вопросы отработки различных методов мониторинга с применением современного оборудования на базе Центра структурированных систем мониторинга ФГБОУ ВПО «МГСУ».
The article presents the analysis of the existing codes and standards base forthe creation structural health monitoring systems, considered the issues ofvarious monitoring methods improvement with the application of modern equipment on the basis of the structured monitoring systems Center ofthe Moscow State University of Civil Engineering.
Характерной чертой современного уровня строительного производства в России является не только увеличение объемов возведения высотных и уникальных зданий, но и, к сожалению, рост числа аварий на них, в связи с чем задача контроля технического состояния зданий и сооружений на этапах их строительства и эксплуатации является чрезвычайно актуальной и реализуется сегодня с помощью процедуры периодического или постоянного автоматического мониторинга.
Понятие мониторинга технического состояния сооружения появилось относительно недавно. Изначально в Рекомендациях Правительства Москвы от 1998г. мониторинг эксплуатируемых объектов определяется как комплексная система для обеспечения надежности зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния вновь строящихся объектов, и сохранения окружающей среды. В документе в общем виде описы-
ваются цели и задачи мониторинга, состав, требования и технология проведения работ. При этом сам процесс мониторинга представлен как комплекс мероприятий по обследованию технического состояния объектов, проводящийся с заданной периодичностью.
Основные положения, регламентирующие общий порядок подготовки, проведения и оформления результатов обследований несущих строительных конструкций зданий и сооружений и оценки их технического состояния изначально были приведены в СП 13-102-2003. В данном документе, в частности, дано определение и представлена классификация категорий технического состояния, а также указаны мероприятия, которые необходимо выполнить заказчику при определении той или иной категории технического состояния объекта.
С введением Федерального закона от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании» многие нормативные документы, регламентирующие строительное производство, были переведены в разряд рекомендуемых. Данный закон предусматривал введение с 2008 года отраслевых технических регламентов, являющихся обязательными для выполнения на территории РФ, поэтому, с учетом увеличения объемов строительства высотных, большепролетных и уникальных зданий и сооружений, разработка документов регламентирующих работы в области мониторинга зданий и сооружений на стадиях строительства и эксплуатации, становится актуальной.
В постановлении правительства г. Москвы № 320-ПП от 18 мая 2004 г. «О мониторинге состояния строительных конструкций большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений, строящихся и эксплуатируемых в городе Москве» определяется порядок осуществления мониторинга для большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений. Согласно данному постановлению, необходимость проведения мониторинга большепролетных, высотных и уникальных зданий и сооружений в городе Москве в период строительства и эксплуатации определяется на стадии «проект» комитетом по архитектуре и градостроительству г. Москвы, а также Москомэкспер-тизой, решение о необходимости проведения мониторинга объектов, уже введенных в эксплуатацию, принимает Государственная жилищная инспекция города.
МГСН 2.10-04 «Временные нормы и правила обследования и мониторинга зданий и сооружений в городе Москве» регламентирует порядок обследования и мониторинга технического состояния зданий и сооружений. В документе дано определение общего мониторинга технического состояния зданий и сооружений, как «системы наблюдения и контроля, проводимой по определенной программе, утверждаемой заказчиком», устанавливается периодичность обследования технического состояния зданий и сооружений в зависимости от условий их эксплуатации.
В МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в г. Москве», разработанных как региональные нормативы градостроительного проектирования, впервые поставлена задача и предложены технические решения по организации стационарной станции мониторинга деформационного состояния несущих конструкций для многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов г. Москвы. Предполагается, что в случае изменения измеряемых показателей деформационного состояния несущих конструкций здания или отклонения здания от вертикали на величину более установленной, автоматическая передача данной информации в единую систему оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях г. Москвы. С появлением данного документа организация мониторинга стала обязательным этапом в высотном домостроении.
ГОСТ Р 22.1.12-2005 «Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений», устанавливает категории потенциально опасных объектов, подлежащих оснащению системами мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений, подсистемы зданий, подлежащие контролю СМИС, задачи и состав системы, а также требования к ее функционированию. Согласно п. 4.10 данного ГОСТ, оснащение объектов СМИС должно осуществляться при проведении:
• проектных, строительных и монтажных работ - для вновь строящихся объектов;
• планового капитального ремонта - для объектов, находящихся в эксплуатации.
Увеличение этажности высотных зданий в крупных городах является общемировой тенденцией. В ТСН 31-332-2006 СПб «Территориальные строительные нормы жилые и общественные высотные здания»указана необходимость оборудования высотных зданий Санкт-Петербурга стационарными станциями мониторинга деформационного состояния несущих конструкций, представлены требования к местам установки измерительных пунктов станции, каналам связи, к точности используемых средств измерений.
МРДС-02-08 «Пособие по научно-техническому сопровождению и мониторингу строящихся зданий и сооружений, в том числе большепролетных, высотных и уникальных» содержит ряд практических положений по организации и осуществлению инжинирингового сопровождения строительства на основе анализа данных мониторинга, отслеживающего техническое состояние конструкций, их деформации при различных нагрузках и воздействиях. В указанном пособии приведены задачи, решаемые в ходе проведения мониторинга, представлены технические, технологические и организационные аспекты реализации мониторинга как составной части научно-технического сопровождения строительства.
ТР 182-08 «Технические рекомендации по научно-техническому сопровождению и мониторингу строительства большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений» содержат основные требования к научно-техническому сопровождению строительства и мониторингу технического состояния строительных конструкций при возведении большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений, строящихся и проектируемых в городе Москве, а также методологию научно-технического сопровождения строительства, геотехнического мониторинга и мониторинга особо ответственных конструкций, узлов, соединений.
В МДС 13-24.2010 «Рекомендации по правилам геотехнического сопровождения высотного строительства и прилегающего пространства» изложена общая концепция геотехнического сопровождения высотного строительства как полноценного комплекса геологических, геодезических, экологических и прочих видов инженерных изысканий (в том числе мониторинга) с учетом условий строительства и эксплуатации здании в Москве.
ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» предназначен для применения в строительстве при проведении обследований и мониторинга технического состояния зданий и сооружений, при разработке заданий на проектирование, обследование и мониторинга зданий и сооружений, а также при разработке проектной документации. В документе, введенном в действие с 01 января 2011г., приведен полный перечень работ по контролю технического состояния зданий и сооружений в период эксплуатации, однако, при практическом применении данного ГОСТа возникают вопросы и замечания, требующие разъяснений [1].
Анализ вышеприведённых документов позволяет констатировать следующее:
• к настоящему времени существующая нормативно-правовая база предусматривает проведение обследований и мониторинга общего технического состояния зданий и сооружений. Процедура проведения мониторинга из рекомендательной становится обязательной для все возрастающего количества типов ответственных сооружений;
• структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений, в состав которой может входить система мониторинга несущих конструкций, подлежит обязательной установке на потенциально опасных, особо опасных, технически сложных и уникальных объектах. Для остальных объектов строительства необходимость проведения мониторинга определяется на стадии рассмотрения проекта в органах Государственной экспертизы, либо на стадии разработки технических условий;
• для эксплуатируемых объектов, не относящихся к разряду ответственных и уникальных, необходимость проведения мониторинга определяется эксплуатирующей организацией. При этом обязательным является организация системы контроля объектов, попадающих в зону влияния нового строительства;
• существующая нормативная база в ряде случаев не дает ответов на вопросы, возникающие при организации мониторинга уникальных объектов - объемы и способы мониторинга указаны лишь в МГСН 4-19-05. При этом, как показывает опыт, мониторинг зачастую проводится по определённой программе, состав и объем которой утверждается заказчиком, на основании возможностей бюджета организации;
• развитие содержания нормативных документов, регламентирующих деятельность в области мониторинга, носит эволюционный характер и имеет тенденцию к переходу от общих вопросов к конкретным решениям по организации процесса, составу и технологии проведения работ;
• дальнейшее эффективное развитие нормативной базы, регламентирующей проведение мониторинга, возможно не только на основании опыта разработки и внедрения систем мониторинга на реальных объектах строительства, но и на основании более глубокого научного изучения методологических аспектов мониторинга, которое возможно осуществлять только на базе передового научно-исследовательского учреждения с развитой научно-производственной базой.
По этой причине в рамках реализации программы НИУ в 2011 году в Московском государственном строительном университете для проведения исследований в области мониторинга создан учебно-научный и производственный Центр структурированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений, включая фундаменты и грунты основания. Основной целью создания центра является организация современной базы и учебно-научной инфраструктуры для осуществления эффективной деятельности по отработке единого методического подхода к разработке, устройству и эксплуатации систем мониторинга строительных конструкций ответственных зданий и сооружений.
В состав Центра входят ведущие специалисты МГСУ из профессорско-преподавательского состава, работающие в области мониторинга зданий и сооружений различного назначения, в том числе ответственных и уникальных объектов, а также сотрудники различных научно-образовательных и научно-исследовательских подразделений университета:
• Научно-образовательный инженерных исследований и мониторинга строительных конструкций (НОЦ ИИМСК);
• Научно-технический и образовательный центр изысканий, диагностики и мониторинга зданий и сооружений (НТОЦ ИДМЗС);
• Научно-исследовательская и проектно-производственная лаборатория «Проектирование и конструирование» (НИиППЛ «ПиК»);
• Кафедра «Испытания сооружений»;
• Кафедра «Инженерной геодезии»;
• Кафедра «Металлических конструкций» и т.д.
В качестве основных направлений работы Центра были сформулированы следующие задачи:
• отработка на моделях конструкций и зданий современных технологий проведения мониторинга;
• разработка нормативной литературы и объектов интеллектуальной собственности;
• подготовка научных кадров (магистры, кандидаты и доктора технических наук);
• переподготовка и повышение квалификации специалистов с их сертификацией;
• сертификация датчиков и приборов;
• экспертиза проектной и отчетной документации экспертно-консультационной комиссии по вопросам мониторинга.
В рамках реализации данного проекта в настоящий момент осуществляется закупка самого современного оборудования, применяемого в области мониторинга, как в России, так и за рубежом.
Для проведения научно-образовательной деятельности сотрудниками Центра запроектированы несколько экспериментально-демонстрационных стендов, позволяющих моделировать различные процессы изменения технического состояния конструкций сооружений и их отдельных элементов, а также контролировать происходящие изменения с помощью самых современных автоматических средств измерений и обработки данных.
Каждый стенд оборудуется приспособлениями для автоматизированного нагружения моделей, первичными датчиками и преобразователям, системами сбора и регистрации данных, объединенными в общую систему контроля состояния конструкций. Данная система позволяет в автоматическом режиме ведения непрерывного мониторинга получать динамику развития деформационных процессов и изменения напряженно-деформированного состояния конструкций при изменении заданных нагрузок на модель.
В ходе автоматического мониторинга регистрация параметров нагрузок осуществляется с помощью динамометров и датчиков нагрузок (рис. 1). Для регистрации локальных перемещений, относительных деформаций, усилий и напряжений в конструкциях на стендах устанавливаются (рис. 2):
• прогибомеры, инклинометры, экстензометры, сдвигомеры;
• тензорезистры;
• волоконно-оптические, акустические датчики.
Для регистрации динамических характеристик конструкций (амплитуды, частоты, формы, декременты колебаний) применяются (рис. 3)
• деформографы, сейсмометры;
• акселерометры.
Контроль пространственных деформаций элементов модели сооружения осуществляется современными геодезическими высокоточными приборами: нивелирами, тахеометрами лазерными сканерами (рис. 4). Для численной оценки происходящих изменений используется специализированное и адаптированное под поставленные
задачи различное программное обеспечение, включая расчетные конечно-элементные комплексы.
Ч
Рис. 1 Датчики для измерения параметров нагрузок
Г*
I /
Рис. 2 Датчики измерения перемещений, деформаций и напряжений в конструкциях
и
Рис. 3 Датчики регистрации динамических параметров конструкций
Рис. 4 Современное геодезическое оборудование для мониторинга.
ВЕСТНИК МГСУ
Стенд «Модель несущих конструкций многоэтажного каркасного здания» Модель каркасного сооружения, воспринимая различные нагрузки, позволяет с помощью установленной на ней системе автоматического мониторинга контролировать изменения НДС конструкций, в том числе с использованием конечно-элементного программного комплекса ЛКБУБ, интегрированного в систему контроля.
В общем виде состав системы автоматического мониторинга представлен на рис. 5. Исходная информация о состоянии модели при помощи преобразователей различного типа (линейных и угловых перемещений, усилий, напряжений и т.д.) непрерывно собирается на компьютеризованных измерительных приборах в пределах локальных зон. Далее, по локальным сетям информация поступает и обрабатывается в централизованном диспетчерском пункте.
Автоматическая система контроля
Многоканальные системы для СОСТОЯНИЯ КССУШНХ КОНСТрУКЦИН (СКСНК)
статических и динамических - * - * '
испытаний и мониторинга
Центральный пульт управления СКСНК
МКЭ-системя контроля
Компактные и встраиваемые системы мониторинга
Беспроводные системы мониторинга
ОпорЛНЯ й1р|ЧЯСЛЯТе.ТЬЯИЯ сеть сооружения
п
Зональный контрольно-измерительный комплекс (КПК .\«1)
1
Зональный 1 1 Зональный
КПК Л« КИК Л'2 п
I
Зональный
сервер (КПК)
т
Регвспшр} юшне приборы
Лсрвнчпые пргойратователн
Автомппгческтк гндпвчнше ерцетва
Программное обеспечение
КИЩШШ:
* 'ИШ^Г-НЫЧ перемещений
■ утлоаых псрсмсшсннЛ
* ОТНОСИТ. ЛсфорМ|ШИ|Т
* уопий
* гдпрягяшй
Рис. 5 Компоненты автоматической системы мониторинга.
Опорная рама стенда оснащена системой автоматизированных нагружающих устройств и блоком дистанционного управления процессом нагружения для приложения различного вида эксплуатационных нагрузок (рис. 6).
Система нагружающих устройств позволяет моделировать следующие процессы:
1. Смещения (осадки) оснований колонн - винтовые домкраты
2. Ветровая (горизонтальная) нагрузка - винтовые домкраты или рычаги
3. Перегрузка вертикальной эксплуатационной нагрузкой внутри здания
4. Повреждения элементов- ослабления сечений путем установки вставок
5. Динамические нагрузки - вибромашина и линейный двигатель
Стенд «Геодезический мониторинг протяженных объектов»
Решаемые задачи: Проведение непрерывных створных измерений с использованием цифровых систем видеорегистрации и интеллектуальных систем обработки информации (рис. 7).
Рис. 6 Модель высотного каркасного сооружения
I ?ви Ъ №
А А А
Схема крепления видеорегистратора
л ■ и* •1.т
ЛИ
' 1П
Схема крепления мишени
Рис . 7 Стенд «Геодезический мониторинг протяженных объектов» Стенд «Деформация вертикально расположенного объекта»
Решаемые задачи: Отработка методики определения отклонения геометрических параметров вертикально расположенных крупногабаритных объектов от проектного положения посредством тахеометрической съемки и лазерного сканирования (рис. 8).
ВЕСТНИК МГСУ
Ор(о »5 23? ») 0-«Юна (или «панн)
Разрез 1-1
30 бид-1
-Г и-16
Г.
Рис. 8 Стенд «Деформация вертикально расположенного объекта» Стенд «Адаптивные системы мониторинга»
Решаемые задачи: Создание интеллектуальных систем мониторинга технического состояния строительных конструкций с использованием адаптивных математических моделей контролируемых объектов (рис. 9).
Физическая ^■.-i) rL
Опорио-аагруэочшя рама
Нагружавшее цстроистбс
Рис. 9 Стенд «Адаптивные системы мониторинга»
Стенд «Вибродинамические системы мониторинга»
Решаемые задачи: Создание систем мониторинга технического состояния строительных конструкций с использованием методов регистрации и анализа колебательных характеристик строительных объектов на примере модели системы фундамент-основание (рис. 10).
Литература
1. Конаков О.А. Анализ возможности применения ГОСТ Р 53778-2010 на практике [Электронный ресурс] /Режим доступа http://www.pamag.ru/src/gostr-537782010/gostr-537782010.pdf (дата обращения 06.09.2011г )
2. Неугодников А. П., Дергунов А. А., Хиславский 3. Г., Давидюк А. А. Диалоги о мониторинге 2, или Нормативы по научно-техническому сопровождению строительства, Технологии строительства, № 3, 2008 [Электронный ресурс] /Режим доступа http://www.mocent.ru/files/dialogi2.pdf (дата обращения 06.10.2011г.)
References
1. Konakov O.A. The analysis of possibility of practical apllication of GOST К 53778-2010 [Digital media: http://www.pamag.ru/src/gostr-537782010/gostr-537782010.pdf1
2. Neugodnikov A.P., Dergunov A.A., Khislavskiy Z.G., Davidiuk A.A. Dialogues on monitoring 2 or the guidelines on scientific and technical support of construction [Digital media: http://www.mocent.ru/files/dialogi2.pdf1
Ключевые слова: мониторинг, нормативная документация, система мониторинга, датчики, геодезическое оборудование, метод конечных элементов.
Keywords: structural health monitoring, codes and standards, monitoring system, sensors, survey equipment, finite-element method.
Тел. авторов: (499) 183-54-29 e-mail: korguine@,mgsu.ru
Рецензент: доцент кафедры механики ФБОУВПО «МГАВТ», к.т.н. А.С. Подгорный
