Основы теории старения и изнашивания оборудования инженерных систем зданий и элементов их конструкций

ВВЕДЕНИЕ
Существующие здания и сооружения подвергаются воздействию агрессивных природных и искусственных сред. В результате этих воздействий происходит изменение исходных свойств материалов инженерных конструкций и оборудования. В зависимости от того, какие параметры материала изменяются под воздействием внешних факторов, различают две формы изменения - старение и износ.
Старение - это процесс изменения физических и химических свойств материала конструктивного элемента при длительном естественном воздействии, например, из-за воздействия на структуру окружающей среды механических нагрузок, связанных с технологическими процессами здания. Старение материала предшествует его разрушению. Это необратимо. Разрушение конструкции под действием нагрузок происходит в месте наиболее опасного дефекта. В отличие от нагрузок, факторы окружающей среды действуют равномерно или выборочно в одной или нескольких точках конструкции и сопровождаются интенсивным физическим износом.
Износ - это изменение размеров, формы, веса технического объекта или состояния его поверхности из-за остаточной деформации из-за постоянного напряжения или из-за разрушения поверхностного слоя.
По мере старения и износа материал конструкции портится. Возможны три случая разрушения:
1) высокие статические или динамические нагрузки вызывают значительные напряжения в материале, превышающие допустимые значения;
2) совместное действие механических нагрузок и факторов окружающей среды, каждый из которых активирует общий эффект;
3) Значительная агрессивность среды при малых нагрузках от статических или динамических нагрузок приводит к разрушению. Наиболее важными факторами износа материалов являются факторы окружающей среды.
Механические нагрузки приводят к активации процессов, связанных с воздействиями окружающей среды. В условиях эксплуатации конструкции обычно наблюдаются второй и третий случаи разрушения конструкции.
В процессе эксплуатации любого здания или сооружения его конструктивные элементы постепенно теряют свои первоначальные эксплуатационные свойства. Поэтому в строительной сфере принято считать, что после сдачи объекта в эксплуатацию начинается период его износа.
 
Физический износ сооружений и зданий
Ухудшение физического состояния построек - величина, указывающая на степень ухудшения технических и эксплуатационных свойств объекта. Со временем любая строительная конструкция ухудшается по показателям прочности, тепло- и звукоизоляции, водо- и воздухонепроницаемости и другим показателям, снижающим несущую способность зданий.
Чтобы не допустить преждевременного выхода конструкции из строя и продлить срок ее службы, необходимо периодически осматривать здания и сооружения на предмет их технического состояния.
Причины полуразрушенных построек
Физический износ компонентов здания или всей системы в целом может быть вызван следующими факторами:
• длительная или ненадлежащая эксплуатация объектов;
• Истирание декоративных материалов или отдельных компонентов;
• агрессивное воздействие атмосферных факторов, вызывающих эрозию фундамента, коррозию и эрозию строительных материалов, промерзание фундаментов, боковую ветровую нагрузку на конструкции;
• динамические и механические воздействия, приводящие к неравномерной усадке;
• биологические факторы: насекомые, бактерии, грибки;
• Стихийные бедствия: землетрясения, наводнения, пожары, циклоны и другие;
• Ошибки при возведении конструкций;
• Ошибки при строительстве зданий, например, неправильная кладка или некачественный бетон.
Каждый из этих факторов вызывает износ конструкции, но наибольший ущерб вызывают влага и вибрации от земли.
Типы зданий, износ которых определяется
Согласно типологической классификации все здания, для которых определяются показатели физического износа, разделяются на:
• гражданские. В эту группу входят жилые здания (дома, гостиницы, общежития), предназначенные для временного или постоянного проживания и общественные – объекты административного и социально-культурного назначения (школы, больницы, театры, магазины, клубы и другие);
• производственные. Включают промышленные цеха и корпуса, и сельскохозяйственные (зерно- и овощехранилища, птичники, коровники и др.).
Определение срока службы каждого из этих объектов – достаточно сложная задача, поскольку кроме разнообразных разрушительных факторов на технические характеристики влияет также характер конструкции, своевременность выполненного ремонта и качество используемых материалов, и ряд других критериев.

Стадии износа
Выделяют две стадии физического износа зданий и сооружений – устранимая (ухудшаются эксплуатационные и технико-экономические показатели) и неустранимая (дальнейшая эксплуатация в таких условиях невозможна).
Общий физический износ здания в ходе его эксплуатации также разделяют на фазы. Ниже приведена таблица физического износа с подробным описанием каждой фазы.
Физический износ, % Оценка фактического состояния Характеристики физического износа
0-20 Хорошее Имеются отдельные неисправности, которые быстро устраняются проведением ремонта. Существенных деформаций и повреждений нет
21-40 Удовлетворительное К эксплуатации конструктивные элементы пригодны, но требуют незначительного ремонта
41-60 Неудовлетворительное Только при выполнении ремонта возможна дальнейшая эксплуатация объекта
61-80 Критическое Несущие конструкции находятся в аварийном состоянии и без их замены здание эксплуатировать нельзя
81-100 Полное разрушение Элементы сооружения сильно разрушены и не подлежат ремонту

Признаки износа
На изменение эксплуатационных свойств строительной конструкции указывают следующие признаки физического износа:
• сколы, трещины, выбоины, выпадение отдельных камней из стен, надземной части цоколя и фундаментных столбов;
• выпучивание и перекосы цоколя;
• перекосы дверных и оконных проемов;
• осадка отдельных участков стен, искривление их горизонтальных линий;
• нарушение монолитности кладки;
• отслоение и отпадение штукатурки, выветривание швов;
• трещины в перемычках и карнизах;
• увлажнение стеновых поверхностей, появление высолов;
• смещение или прогиб плит в отношении одна к другой из-за деформаций;
• оголение арматуры;
• следы протечек или промерзаний на фасадах.
Это наиболее распространенные признаки, по которым определяется износ элементов здания. При этом внимание нужно обратить на то, что каждому конструктивному элементу строительного объекта характерны свои идентификационные факторы.

Методы определения физического износа
Расчет физического износа зданий в целом является важнейшим критерием влияния на результат фактической оценки стоимости объекта. Для вычисления оценки недвижимого объекта применяют разные методы, с помощью которых в процентах определяется физический износ сооружений.

Методика компенсации затрат
Согласно данному методу процент физического износа равен затратам, которые потребуются для устранения дефектов. Плюсом методики является возможность обосновать экономическую суть величины общего износа.
В числе недостатков отмечают трудности, возникающие при определении объемов ремонтных работ. Чрезмерно сложным является расчет износа фундамента и других технически сложных элементов.
В связи с тем, что методика достаточно сложна в применении, используют ее, как правило, для крупных объектов, для которых требуется определение физического износа здания.

Метод хронологического возраста
Физический износ гражданских зданий или жилых сооружений по этой методике определяется как частное, полученное при делении хронологического возраста объекта на срок его эксплуатации по формуле:

Вх – фактический возраст исследуемого объекта
Всс – нормативный эксплуатационный период.
Простота выполнения расчетов и минимум расчетных показателей – основные достоинства метода. Но есть также недостатки. Это неприемлемость данной формулы в случаях, когда требуется определить износ здания с равными сроками хронологического и эксплуатационного возраста, а также невозможность учета замены или ремонта отдельных элементов.