Концепция надежности и долговечности, принятая при составлении норм проектирования железобетонных конструкций
Сообщение, сделанное доктором технических наук, профессором, проректором БрГТУ по научной работе Виктором Туром на научно-техническом семинаре «Экономное расходование цемента и основных строительных материалов в жилищно-гражданском строительстве».
На сегодняшний день разговоры, которые велись и ведутся на тему коэффициентов безопасности в проектировании, явно являются беспочвенными. Действуют «General principles on reliability of structures» («Общие принципы надежности строительных конструкций») ISO СТБ 2394. В этом документе изложена концепция надежности, следовать которой необходимо не только при разрабатывании нормативных документов. Эта концепция должна предусматривать все этапы жизнедеятельности конструкции: ее проектирование, возведение, эксплуатацию. Таблица рисков, которым подвергается человек в процессе своей жизнедеятельности, составлена Виктором Туром по данным, опубликованным в вышедшей в 1987 г. в Нью-Йорке книге «Melchers R.E. Structural Reliability, Analysys and Prediction”. В этой таблице рисков обрушение строительных конструкций стоит на одиннадцатом месте (на первом — альпинизм, на втором — курение).
Как осуществляется проектирование строительных конструкций на основании ISO СТБ 2394, других документов, принятых в мире? Существуют две группы методов расчета: детерминистические и вероятностные методы. Сегодня в актуальные нормы проектирования заложен так называемый полувероятностный метод расчета. В чем его особенность? С одной стороны, мы пытаемся учесть статистическую изменчивость свойств материалов, используемых при проектировании конструкций, причем принимаем во внимание ошибки создания расчетных моделей с учетом погрешностей, с другой — учитываем изменчивость воздействий и также пытаемся описать их с помощью некоторых вероятностных законов. Но в конечном итоге все сводится к некоторым детерминистическим неравенствам вида «А не больше В». Другое направление — это так называемые вероятностные методы расчета в чистом виде. Можно ими пользоваться? Да, но при условии, что определены все базисные переменные. Тем не менее, на сегодняшний день вероятностные методы расчета надежности первого и второго уровня используются именно для установления так называемых частных коэффициентов безопасности, которые используются в детерминистических методах. Если говорить об оценке надежности строительного объекта, его безопасности, то безопасность — это свойство объекта, определяющее его способность сохранять эксплуатационную пригодность в течение планируемого периода. Иными словами, безопасность — это вероятность того, что в любой произвольный момент времени в течение срока эксплуатации состояния конструкции принадлежат к системе допустимых состояний. Исходя из этого и строится концепция надежности.
Если оценивать текущее состояние, то представляется целесообразным оперировать некоторой функцией предельного состояния. Это функция ряда базисных переменных, которая определяет наступление или ненаступление того неблагоприятного состояния, которое мы ожидаем. Интегрируя эту функцию, мы определяем вероятность отказа для заданных значений базисных переменных: нормативных или расчетных. Тем не менее, это метод, который базируется на вероятностных статистических оценках. Говоря о назначении коэффициентов безопасности, Виктор Тур прежде всего коснулся сути двух методов: метода экспертных оценок (по соглашению специалистов) и метода статистического моделирования (он же метод калибровки). В нормах проектирования железобетонных конструкций образца 1984 г. (будучи тогда аспирантом НИИЖБ, Виктор Тур сам при том присутствовал) коэффициенты безопасности принимались методами экспертных оценок. Это означает, что некая коллегия специалистов официально обращается в отраслевое министерство, ведомство, главк: дескать, тот или иной коэффициент чересчур велик! Не снизить ли требования к характеристикам того или иного класса бетона (просто потому, что по-другому отрасль просто не может работать)? А что такое метод статистического моделирования (метод калибровки)? В данном случае назначение коэффициентов, равно как и степени надежности, осуществляется исходя из назначенной вероятности отказа. Вероятность же отказа связана с функцией Лапласа, с индексом надежности. Отделяя стоимость ликвидации последствий разрушения от относительной стоимости обеспечения безопасности конструкции, каждому из соответствующих состояний назначают свои индексы надежности. Например, вероятность отказа составляет примерно 10-4. Что это означает? Только то, что, хотя это и условная вероятность отказа, но (даже если все будет правильно запроектировано и выполнено, даже если все будет правильно эксплуатироваться) в одном из 10.000 случаев наступит такое сочетание свойств материалов и воздействий, что конструкция придет в предельное состояние. Проектировать при вероятности отказа, близкой к нулевой (например, 10- 7), приходится, в частности, для АЭС. Проектировать же при абсолютно нулевой вероятности мы не можем, иначе у нас получились бы самые невероятные конструкции — из области фантастики. Поэтому и приходится идти на тщательно выверенные компромиссы и, исходя из тех или иных индексов надежности и пользуясь соответствующей вероятностью отказов, определять значения коэффициентов безопасности. Эти коэффициенты калибруются, исходя из функции предельного состояния и с использованием функции калибровки.
Ни в коем случае не следует путать коэффициенты, назначаемые для нагрузок и материалов, с коэффициентами перегрузок. Ранее использовались методы расчета по разрушающим нагрузкам, по допускаемым напряжениям. Эти методы использовали коэффициенты перегрузок. Коэффициенты же метода предельных состояний — это вовсе не коэффициенты перегрузок. Это коэффициенты безопасности, при подборе (или калибровке) которых исходят из необходимости обеспечения требуемого уровня надежности. Градация проектных сроков (в годах, разумеется) эксплуатации зданий и сооружений в соответствии с ISO СТБ 2394 следующая: 7-9, 10-15, 15-30 и т.д. Говоря о проектировании конструкций, которые должны безотказно служить 50 лет, нужно как следует отдавать себе отчет в том, что же это за сроки такие: 50, 30, 10 лет? Много это или мало, условный это показатель или не условный? Например, предлагаемое СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции» рассмотрение калибровки расчетной модели расчета сечений при действии продольных усилий и изгибающих моментов позволяет видеть, что модель достаточно адекватна, и в данном случае уже выбраны те резервы, которые могут быть использованы для экономии материалов.
Но вот беда: как правило, никто никогда ничего не считает. Ведь, начав скрупулезно все подсчитывать, легко увидеть, какие эта модель дает преимущества. «Это мое субъективное мнение», — подчеркнул Виктор Тур и продемонстрировал очень интересный пример — слайд с фотоизображением железобетонной колонны несущего каркаса промздания, возраст которой примерно 7 лет. На фото видно, что защитный слой колонны более или менее цел (соответственно в относительном порядке и арматура). Но тот, кто понимает, что такое работа бетона в агрессивной среде (и как воздействует фенолфталеин или тимолфталеин), уже видит, какова среда работы конструкций данного цеха. Ну, а среда с соответствующим рН способствует утрате бетоном его защитных по отношению к арматуре свойств как раз в течение 7,5-8 лет. Обратившись к теме срока эксплуатации (и области применения данного понятия), Виктор Тур предложил еще один (простой, но весьма актуальный) пример. И он сам, и другие его белорусские коллеги (специалисты- железобетонщики, разработчики норм) начали получать все больше писем от проектировщиков с одним и тем же вопросом: отчего так возросли снеговые нагрузки? Дело в том, что прокатившийся по Европе вал аварий плюс тот факт, что, наконец, опубликованы все нормативные документы сопредельных государств по снеговым нагрузкам, — все это вместе взятое заставило и брестских ученых обратиться к данному аспекту, но задуматься над ним в практическом плане, в плане оценки технического состояния строительных конструкций.
Сегодня опубликованы официальные карты снеговых нагрузок (в паскалях) Литвы, Польши, Украины. Соответствующие цифры (1200-1600 Па) гораздо больше снеговых нагрузок, принятых для Беларуси (500-800 Па). Стоит обратиться к монографии непререкаемого авторитета в области теории надежности В.Д. Райзера «Методы теории надежности в задачах нормирования расчетных параметров строительных конструкций» (М., Стройиздат, 1986), который писал о парадоксальности ситуации, при которой, пересекая советско-польскую границу, мы тут же попадаем в разные климатические условия (что же касается украинской школы нормирования климатических воздействий, то репутация этой школы, представленной сильнейшими специалистами, всегда была чрезвычайно высока). Для разрешения данного противоречия пришлось провести некоторые изыскания с целью не только познавательной, но и практической. Виктором Туром и его коллегами по БрГТУ были выполнены подобные исследования — оценка снеговых воздействий для Брестской области. Нужно сказать, что статистическое оценивание правильности назначения срока эксплуатации производится исходя из так называемого периода повторения нагрузки. Что это означает? Есть общее время наблюдений, есть те или иные единичные интервалы, есть превышения. Скажем, для климатических нагрузок этот единичный период принимается равным 1 году. Оцениваются среднегодовые максимумы. Среднегодовой максимум подвергается статистической обработке, и назначается нормативное значение нагрузки. Так вот, назначается оно, исходя из периода повторения. И нормативная нагрузка — это нагрузка с обеспеченностью (равной 0,98) того, что она повторится один раз в течение периода, который определен как период повторения. То есть за 50 лет (если назначен 50-летний срок эксплуатации объекта) превышение нормативной нагрузки допускается один раз. В нормах 1984 г. такой период повторения был принят равным не 50, а 5 годам. Тогда вероятность превышения становится равной 0,81, и за 50 лет допускается примерно 20 превышений. А это означает, что в течение эксплуатационного периода конструкция подвергается уже не так называемому монотонному нагружению (так называемый стационарный процесс) — она все время подвергается нагружениям, которые превышают то нормируемое назначение, которое имеет место. Возможно, в этом и кроется основная причина наблюдаемого учащения отказов (плюс накопление повреждений…)?
Итак, была выполнена отработка по 8 метеостанциям для Брестской области за период, составляющий 35 лет (к сожалению, глубже выполнить невозможно, потому что до 1970 г. на метеостанциях не определялась плотность снегового покрова). И вообще в нормах 1980 г. снеговые нагрузки назначены следующим образом: статистической обработке подвергался вариационный ряд среднегодовых максимумов толщины снегового покрова. А затем полученное значение умножалось на среднюю плотность 2,45. Поэтому было предпринято первое, что нужно было сделать — выяснить, какой функции распределения подчиняется полученный вариационный ряд. Был выбран ряд функций, и, как и ожидалось, выяснилось, что достаточно хорошую описательную статистику для подобных явлений дает двухэкспоненциальное распределение, которое описывает подобные асимптотические несимметричные процессы. В итоге в среднем для одного снегового района, который представляет Брестская область, было получено значение, при котором нормативная нагрузка должна составлять 1500 Па. Естественно, это нерационально. В советское время приходилось иметь дело с картой огромной страны — СССР. Проведенная на этой карте изолиния соединяла районы, для которых соответствующая снеговая нагрузка в основном была правдоподобной. Группа же Виктора Тура проанализировала данные по отдельным пунктам отдельного региона. Если взять повторяемость 5 лет, то нормативное значение нагрузки для Бреста составит 665 Па (то есть почти те 500 Па, которые были приняты). Если же взять 50 лет, значение нормативной нагрузки становится равным 1172 Па (то есть уже похоже на 1200 Па — на ту нормативную нагрузку, которая отмечается в приграничных областях и Украины, и Польши). Итак, только для одной Брестской области напрашивается более мелкий параметрический ряд. На карте только одной области можно провести несколько изолиний, которые определяют различные снеговые районы. А это уже совершенно иной подход, потому что сегодня ввести огулом одну большую снеговую нагрузку было бы неправильно. На этом примере видно, что только одна регулирующая величина (помимо, скажем, заданной вероятности) — не величина превышения, но также очень важная величина — величина периода повторяемости или величина того же определяемого нами срока эксплуатации — всегда связана с очень многими показателями. Поэтому все эти аспекты должны рассматриваться комплексно. За каждую цифру, заложенную в норматив, его автор несет ответственность — ясно, что все цифры должны быть обоснованы. Поэтому принципы надежности, принятые в нормах Беларуси, соответствуют общепринятой европейской концепции, базируются на ISO 2394 и Еврокоде 0 и подобных документах. Все же значения коэффициентов назначены статистическим моделированием, исходя из условий так называемой статистической калибровки.
Основной вопрос аудитории можно сформулировать следующим образом: как быть с оценкой состояния существующих конструкций в свете введения новых снеговых нагрузок? Можно ли в этом случае многие из существующих зданий и сооружений считать непригодными? И не должен ли в таком случае существовать документ, жестко предписывающий обязательно пересчитывать все несущие конструкции при проектировании капремонта? Отвечая, Виктор Тур начал с того, «почему до сих пор ничего не упало», и сослался на статью профессора Савельева, опубликованную в российском журнале «Промышленное и гражданское строительство», саму по себе являющуюся достаточно хорошим ответом. Проектировать, опираясь на СНиП 2.07.01-85 «Нагрузки и воздействия», в СССР начали, очевидно, уже со следующего года. И проектировать в расчете именно на 50-летний период эксплуатации. Но ведь на сегодняшний день все эти конструкции и двадцати лет не эксплуатируются! Даже если не брать в расчет все те отказы, которые уже имели место, нельзя гарантировать, что в определенный момент отказы не станут массовым явлением. Потому что о сегодняшнем состоянии многих конструкций можно только догадываться. Например, реконструируя здание Брестского областного УВД и сняв подвесной потолок актового зала, обнаружили 25- сантиметровый прогиб 12-метровой ребристой плиты перекрытия, полутора-двухмиллиметровое раскрытие трещин… А если бы не стали менять подвесной потолок?.. Полученные по Брестской области результаты — это первые оценочные результаты. Поэтому очень нужна госпрограмма подобной оценки, и оценку эту давно пора выполнить в масштабах всей Беларуси. Далее последовало изложение докладчиком его личной позиции по данному вопросу. «В каждом конкретном случае, сталкиваясь с обследованием, — сказал Виктор Тур, — я принимаю решение самостоятельно. При этом очень часто вообще не пользуюсь методами расчета, которые заложены в нормах, так как знаю, как считать по-другому. Ибо я способен оценить состояние конструкции, исходя из тех же позиций теории надежности. И в ряде случаев готов взять на себя ответственность. Дело в том, что в Беларуси еще как-то удерживается директивная ситуация, во всем же мире, в том числе и в Москве, проектировщик может пользоваться любыми доступными ему нормативными документами, вообще любыми учебниками по данному курсу. И все эти пособия носят рекомендательный характер. Поэтому от ответственности проектировщика способна защитить лишь единая госнорма, соблюдение которой обязательно. Во всех остальных случаях проектировщик несет ответственность собственной персоной. Что же касается обследований, то на сегодняшний день нет рецептов. В №2 за 2006 г. журнала «Строительная наука и техника» опубликована моя совместная с Пецольдом (Т.М. Пецольд — д.т.н., профессор, завкафедрой «Железобетонные и каменные конструкции» БНТУ. — Прим. ред.) статья «Зарубежный опыт нормирования в области оценки технического состояния существующих железобетонных конструкций зданий и сооружений». Чрезвычайно рекомендую!» Был и еще один вопрос. В свете всего прозвучавшего Виктора Тура не смогли не спросить о московском аквапарке. Ответ его был однозначен: по его мнению, и в Москве, и в Катовице имели место ошибки проектирования. Конкретно в Москве — несогласованность действий рядовых CAD-конструкторов, отвечавших за проектирование колонн и кровли. Никто не проконтролировал корректность опирания кровли…
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
На сегодняшний день разговоры, которые велись и ведутся на тему коэффициентов безопасности в проектировании, явно являются беспочвенными. Действуют «General principles on reliability of structures» («Общие принципы надежности строительных конструкций») ISO СТБ 2394. В этом документе изложена концепция надежности, следовать которой необходимо не только при разрабатывании нормативных документов. Эта концепция должна предусматривать все этапы жизнедеятельности конструкции: ее проектирование, возведение, эксплуатацию. Таблица рисков, которым подвергается человек в процессе своей жизнедеятельности, составлена Виктором Туром по данным, опубликованным в вышедшей в 1987 г. в Нью-Йорке книге «Melchers R.E. Structural Reliability, Analysys and Prediction”. В этой таблице рисков обрушение строительных конструкций стоит на одиннадцатом месте (на первом — альпинизм, на втором — курение).
Как осуществляется проектирование строительных конструкций на основании ISO СТБ 2394, других документов, принятых в мире? Существуют две группы методов расчета: детерминистические и вероятностные методы. Сегодня в актуальные нормы проектирования заложен так называемый полувероятностный метод расчета. В чем его особенность? С одной стороны, мы пытаемся учесть статистическую изменчивость свойств материалов, используемых при проектировании конструкций, причем принимаем во внимание ошибки создания расчетных моделей с учетом погрешностей, с другой — учитываем изменчивость воздействий и также пытаемся описать их с помощью некоторых вероятностных законов. Но в конечном итоге все сводится к некоторым детерминистическим неравенствам вида «А не больше В». Другое направление — это так называемые вероятностные методы расчета в чистом виде. Можно ими пользоваться? Да, но при условии, что определены все базисные переменные. Тем не менее, на сегодняшний день вероятностные методы расчета надежности первого и второго уровня используются именно для установления так называемых частных коэффициентов безопасности, которые используются в детерминистических методах. Если говорить об оценке надежности строительного объекта, его безопасности, то безопасность — это свойство объекта, определяющее его способность сохранять эксплуатационную пригодность в течение планируемого периода. Иными словами, безопасность — это вероятность того, что в любой произвольный момент времени в течение срока эксплуатации состояния конструкции принадлежат к системе допустимых состояний. Исходя из этого и строится концепция надежности.
Если оценивать текущее состояние, то представляется целесообразным оперировать некоторой функцией предельного состояния. Это функция ряда базисных переменных, которая определяет наступление или ненаступление того неблагоприятного состояния, которое мы ожидаем. Интегрируя эту функцию, мы определяем вероятность отказа для заданных значений базисных переменных: нормативных или расчетных. Тем не менее, это метод, который базируется на вероятностных статистических оценках. Говоря о назначении коэффициентов безопасности, Виктор Тур прежде всего коснулся сути двух методов: метода экспертных оценок (по соглашению специалистов) и метода статистического моделирования (он же метод калибровки). В нормах проектирования железобетонных конструкций образца 1984 г. (будучи тогда аспирантом НИИЖБ, Виктор Тур сам при том присутствовал) коэффициенты безопасности принимались методами экспертных оценок. Это означает, что некая коллегия специалистов официально обращается в отраслевое министерство, ведомство, главк: дескать, тот или иной коэффициент чересчур велик! Не снизить ли требования к характеристикам того или иного класса бетона (просто потому, что по-другому отрасль просто не может работать)? А что такое метод статистического моделирования (метод калибровки)? В данном случае назначение коэффициентов, равно как и степени надежности, осуществляется исходя из назначенной вероятности отказа. Вероятность же отказа связана с функцией Лапласа, с индексом надежности. Отделяя стоимость ликвидации последствий разрушения от относительной стоимости обеспечения безопасности конструкции, каждому из соответствующих состояний назначают свои индексы надежности. Например, вероятность отказа составляет примерно 10-4. Что это означает? Только то, что, хотя это и условная вероятность отказа, но (даже если все будет правильно запроектировано и выполнено, даже если все будет правильно эксплуатироваться) в одном из 10.000 случаев наступит такое сочетание свойств материалов и воздействий, что конструкция придет в предельное состояние. Проектировать при вероятности отказа, близкой к нулевой (например, 10- 7), приходится, в частности, для АЭС. Проектировать же при абсолютно нулевой вероятности мы не можем, иначе у нас получились бы самые невероятные конструкции — из области фантастики. Поэтому и приходится идти на тщательно выверенные компромиссы и, исходя из тех или иных индексов надежности и пользуясь соответствующей вероятностью отказов, определять значения коэффициентов безопасности. Эти коэффициенты калибруются, исходя из функции предельного состояния и с использованием функции калибровки.
Ни в коем случае не следует путать коэффициенты, назначаемые для нагрузок и материалов, с коэффициентами перегрузок. Ранее использовались методы расчета по разрушающим нагрузкам, по допускаемым напряжениям. Эти методы использовали коэффициенты перегрузок. Коэффициенты же метода предельных состояний — это вовсе не коэффициенты перегрузок. Это коэффициенты безопасности, при подборе (или калибровке) которых исходят из необходимости обеспечения требуемого уровня надежности. Градация проектных сроков (в годах, разумеется) эксплуатации зданий и сооружений в соответствии с ISO СТБ 2394 следующая: 7-9, 10-15, 15-30 и т.д. Говоря о проектировании конструкций, которые должны безотказно служить 50 лет, нужно как следует отдавать себе отчет в том, что же это за сроки такие: 50, 30, 10 лет? Много это или мало, условный это показатель или не условный? Например, предлагаемое СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции» рассмотрение калибровки расчетной модели расчета сечений при действии продольных усилий и изгибающих моментов позволяет видеть, что модель достаточно адекватна, и в данном случае уже выбраны те резервы, которые могут быть использованы для экономии материалов.
Но вот беда: как правило, никто никогда ничего не считает. Ведь, начав скрупулезно все подсчитывать, легко увидеть, какие эта модель дает преимущества. «Это мое субъективное мнение», — подчеркнул Виктор Тур и продемонстрировал очень интересный пример — слайд с фотоизображением железобетонной колонны несущего каркаса промздания, возраст которой примерно 7 лет. На фото видно, что защитный слой колонны более или менее цел (соответственно в относительном порядке и арматура). Но тот, кто понимает, что такое работа бетона в агрессивной среде (и как воздействует фенолфталеин или тимолфталеин), уже видит, какова среда работы конструкций данного цеха. Ну, а среда с соответствующим рН способствует утрате бетоном его защитных по отношению к арматуре свойств как раз в течение 7,5-8 лет. Обратившись к теме срока эксплуатации (и области применения данного понятия), Виктор Тур предложил еще один (простой, но весьма актуальный) пример. И он сам, и другие его белорусские коллеги (специалисты- железобетонщики, разработчики норм) начали получать все больше писем от проектировщиков с одним и тем же вопросом: отчего так возросли снеговые нагрузки? Дело в том, что прокатившийся по Европе вал аварий плюс тот факт, что, наконец, опубликованы все нормативные документы сопредельных государств по снеговым нагрузкам, — все это вместе взятое заставило и брестских ученых обратиться к данному аспекту, но задуматься над ним в практическом плане, в плане оценки технического состояния строительных конструкций.
Сегодня опубликованы официальные карты снеговых нагрузок (в паскалях) Литвы, Польши, Украины. Соответствующие цифры (1200-1600 Па) гораздо больше снеговых нагрузок, принятых для Беларуси (500-800 Па). Стоит обратиться к монографии непререкаемого авторитета в области теории надежности В.Д. Райзера «Методы теории надежности в задачах нормирования расчетных параметров строительных конструкций» (М., Стройиздат, 1986), который писал о парадоксальности ситуации, при которой, пересекая советско-польскую границу, мы тут же попадаем в разные климатические условия (что же касается украинской школы нормирования климатических воздействий, то репутация этой школы, представленной сильнейшими специалистами, всегда была чрезвычайно высока). Для разрешения данного противоречия пришлось провести некоторые изыскания с целью не только познавательной, но и практической. Виктором Туром и его коллегами по БрГТУ были выполнены подобные исследования — оценка снеговых воздействий для Брестской области. Нужно сказать, что статистическое оценивание правильности назначения срока эксплуатации производится исходя из так называемого периода повторения нагрузки. Что это означает? Есть общее время наблюдений, есть те или иные единичные интервалы, есть превышения. Скажем, для климатических нагрузок этот единичный период принимается равным 1 году. Оцениваются среднегодовые максимумы. Среднегодовой максимум подвергается статистической обработке, и назначается нормативное значение нагрузки. Так вот, назначается оно, исходя из периода повторения. И нормативная нагрузка — это нагрузка с обеспеченностью (равной 0,98) того, что она повторится один раз в течение периода, который определен как период повторения. То есть за 50 лет (если назначен 50-летний срок эксплуатации объекта) превышение нормативной нагрузки допускается один раз. В нормах 1984 г. такой период повторения был принят равным не 50, а 5 годам. Тогда вероятность превышения становится равной 0,81, и за 50 лет допускается примерно 20 превышений. А это означает, что в течение эксплуатационного периода конструкция подвергается уже не так называемому монотонному нагружению (так называемый стационарный процесс) — она все время подвергается нагружениям, которые превышают то нормируемое назначение, которое имеет место. Возможно, в этом и кроется основная причина наблюдаемого учащения отказов (плюс накопление повреждений…)?
Итак, была выполнена отработка по 8 метеостанциям для Брестской области за период, составляющий 35 лет (к сожалению, глубже выполнить невозможно, потому что до 1970 г. на метеостанциях не определялась плотность снегового покрова). И вообще в нормах 1980 г. снеговые нагрузки назначены следующим образом: статистической обработке подвергался вариационный ряд среднегодовых максимумов толщины снегового покрова. А затем полученное значение умножалось на среднюю плотность 2,45. Поэтому было предпринято первое, что нужно было сделать — выяснить, какой функции распределения подчиняется полученный вариационный ряд. Был выбран ряд функций, и, как и ожидалось, выяснилось, что достаточно хорошую описательную статистику для подобных явлений дает двухэкспоненциальное распределение, которое описывает подобные асимптотические несимметричные процессы. В итоге в среднем для одного снегового района, который представляет Брестская область, было получено значение, при котором нормативная нагрузка должна составлять 1500 Па. Естественно, это нерационально. В советское время приходилось иметь дело с картой огромной страны — СССР. Проведенная на этой карте изолиния соединяла районы, для которых соответствующая снеговая нагрузка в основном была правдоподобной. Группа же Виктора Тура проанализировала данные по отдельным пунктам отдельного региона. Если взять повторяемость 5 лет, то нормативное значение нагрузки для Бреста составит 665 Па (то есть почти те 500 Па, которые были приняты). Если же взять 50 лет, значение нормативной нагрузки становится равным 1172 Па (то есть уже похоже на 1200 Па — на ту нормативную нагрузку, которая отмечается в приграничных областях и Украины, и Польши). Итак, только для одной Брестской области напрашивается более мелкий параметрический ряд. На карте только одной области можно провести несколько изолиний, которые определяют различные снеговые районы. А это уже совершенно иной подход, потому что сегодня ввести огулом одну большую снеговую нагрузку было бы неправильно. На этом примере видно, что только одна регулирующая величина (помимо, скажем, заданной вероятности) — не величина превышения, но также очень важная величина — величина периода повторяемости или величина того же определяемого нами срока эксплуатации — всегда связана с очень многими показателями. Поэтому все эти аспекты должны рассматриваться комплексно. За каждую цифру, заложенную в норматив, его автор несет ответственность — ясно, что все цифры должны быть обоснованы. Поэтому принципы надежности, принятые в нормах Беларуси, соответствуют общепринятой европейской концепции, базируются на ISO 2394 и Еврокоде 0 и подобных документах. Все же значения коэффициентов назначены статистическим моделированием, исходя из условий так называемой статистической калибровки.
Основной вопрос аудитории можно сформулировать следующим образом: как быть с оценкой состояния существующих конструкций в свете введения новых снеговых нагрузок? Можно ли в этом случае многие из существующих зданий и сооружений считать непригодными? И не должен ли в таком случае существовать документ, жестко предписывающий обязательно пересчитывать все несущие конструкции при проектировании капремонта? Отвечая, Виктор Тур начал с того, «почему до сих пор ничего не упало», и сослался на статью профессора Савельева, опубликованную в российском журнале «Промышленное и гражданское строительство», саму по себе являющуюся достаточно хорошим ответом. Проектировать, опираясь на СНиП 2.07.01-85 «Нагрузки и воздействия», в СССР начали, очевидно, уже со следующего года. И проектировать в расчете именно на 50-летний период эксплуатации. Но ведь на сегодняшний день все эти конструкции и двадцати лет не эксплуатируются! Даже если не брать в расчет все те отказы, которые уже имели место, нельзя гарантировать, что в определенный момент отказы не станут массовым явлением. Потому что о сегодняшнем состоянии многих конструкций можно только догадываться. Например, реконструируя здание Брестского областного УВД и сняв подвесной потолок актового зала, обнаружили 25- сантиметровый прогиб 12-метровой ребристой плиты перекрытия, полутора-двухмиллиметровое раскрытие трещин… А если бы не стали менять подвесной потолок?.. Полученные по Брестской области результаты — это первые оценочные результаты. Поэтому очень нужна госпрограмма подобной оценки, и оценку эту давно пора выполнить в масштабах всей Беларуси. Далее последовало изложение докладчиком его личной позиции по данному вопросу. «В каждом конкретном случае, сталкиваясь с обследованием, — сказал Виктор Тур, — я принимаю решение самостоятельно. При этом очень часто вообще не пользуюсь методами расчета, которые заложены в нормах, так как знаю, как считать по-другому. Ибо я способен оценить состояние конструкции, исходя из тех же позиций теории надежности. И в ряде случаев готов взять на себя ответственность. Дело в том, что в Беларуси еще как-то удерживается директивная ситуация, во всем же мире, в том числе и в Москве, проектировщик может пользоваться любыми доступными ему нормативными документами, вообще любыми учебниками по данному курсу. И все эти пособия носят рекомендательный характер. Поэтому от ответственности проектировщика способна защитить лишь единая госнорма, соблюдение которой обязательно. Во всех остальных случаях проектировщик несет ответственность собственной персоной. Что же касается обследований, то на сегодняшний день нет рецептов. В №2 за 2006 г. журнала «Строительная наука и техника» опубликована моя совместная с Пецольдом (Т.М. Пецольд — д.т.н., профессор, завкафедрой «Железобетонные и каменные конструкции» БНТУ. — Прим. ред.) статья «Зарубежный опыт нормирования в области оценки технического состояния существующих железобетонных конструкций зданий и сооружений». Чрезвычайно рекомендую!» Был и еще один вопрос. В свете всего прозвучавшего Виктора Тура не смогли не спросить о московском аквапарке. Ответ его был однозначен: по его мнению, и в Москве, и в Катовице имели место ошибки проектирования. Конкретно в Москве — несогласованность действий рядовых CAD-конструкторов, отвечавших за проектирование колонн и кровли. Никто не проконтролировал корректность опирания кровли…
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 29 за 2006 год в рубрике материалы и технологии
