Оценка и обеспечение конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.04, доктор технических наук Мельчаков, Анатолий Петрович

• Мельчаков, Анатолий Петрович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Мельчаков, Анатолий Петрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1

Анализ методов оценки безопасности строительных конструкций

1.1 Вероятностные методы оценки безопасности

1.2 Основной фактор риска аварии

1.3 Анализ подходов к нормированию рисков аварии

1.4 Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2

Прогнозирование относительного риска аварии объекта строительства

2.1 Концепция конструктивной безопасное!!!

2.2 Логико-вероятностная модель оценки риска аварии

2.3 Решающие правила прогнозирования риска аварии

ГЛАВА 3

Диагностика бездефектности завершенных строительно-монтажных работ

3.1 Первичная экспертная информация и ее особенности

3.2 Правила формализации первичной экспертной информации

3.3 Формирование базы данных о предельных значениях контролируемых параметров

3.4 Правила свёртки формализованной первичной информации

и алгоритм диагностики

ГЛАВА

59

Нормирование относительного риска аварии

4.1 Исходные данные для нормирования

4.2 Стандарты конструктивной безопасности объектов строительства

4.3 Карта риска и её назначение

4.4 Класс безопасности строящегося объекта

ГЛАВА 5

Экспертные системы сертификационных испытаний

объектов строительства

5.1 Структура экспертной системы

5.2 Алгоритм экспертной системы

5.3 Пробные сертификационные испытания

ГЛАВА 6

Система управления безопасностью и предупреждения аварий в строительстве

6.1 Структура и участники Системы

6.2 Основные правила Системы по управлению риском

6.3 Результаты научно-производственного эксперимента

в Системе предупреждения строительных аварий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1. Территориальная нормативная база

конструктивной безопасности Приложение 2. Концепция страхования строительно-

-монтажных рисков Приложение 3. Экспертная система «МОНОЛИТ» Приложение 4. Экспертная система «ТРАССА» Приложение 5. Методика диагностики систем

обеспечения качества строительства

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и обеспечение конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений»

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в РФ наметилась тенденция к росту числа строительных аварий с высокой степенью обрушения и трагическими последствиями, что является следствием низкого уровня конструктивной безопасности построенных зданий (сооружений). Официальные данные об авариях зданий и сооружений на территории РФ показывают, что аварийность в 1994-1995г.г. по сравнению со средними показателями предыдущих 10 лет (1983-1993г,г.) возросла на 41% (письмо Минстроя РФ № БЕ-19-10/16 от 28.04.95 "Об авариях зданий и сооружений на территории РФ"). 1996 г. запомнился как год траура по погибшим в результате катастрофических обрушений жилых домов в гг. Озёрске, Святогорске, Семипалатинске, Каспийске. В 1997г. список печальных сообщений продолжился. В сентябре произошла крупная строительная авария в Москве: рухнул пролет 17-этажного крупнопанельного жилого дома. Еще свежи в памяти телевизионные репортажи об обвале казармы в Томске, разрушенных подъездах жилых домов в Самаре, Саратове и других городах России. Наблюдаемый рост аварийности требует незамедлительного поиска решения проблемы конструктивной безопасности в строительстве.

Актуальность проблемы. Способность объектов строительства сопротивляться перегрузкам в экстремальных условиях эксплуатации без обрушения несущих конструкций зависит от уровня конструктивной безопасности законченных строительством зданий и сооружений. Официальные данные свидетельствуют, что повреждения и обрушения зданий и сооружений при авариях происходят из-за критических дефектов (ГОСТ 15467-79) изготовления и монтажа несущих конструкций. При этом тяжесть последствий аварий зависит от количества и степени опасности критических дефектов, допущенных при устройстве оснований и возведении

несущих конструкций. Наблюдаемый в РФ рост числа строительных аварий с недопустимо высокой степенью обрушения несущих конструкций доказывает, что обеспечение конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений остается одной из актуальных проблем строительства на современном этапе.

Проблема снижения риска аварии построенных зданий и сооружений требует разработки технологии контроля качества возведения несущих конструкций завершенных этапов строительства на основе оценки соответствия фактического уровня конструктивной безопасности нормативным требованиям. Для создания такой технологии необходимо располагать нормативной базой конструктивной безопасности и методом прогнозирования риска аварии. Поэтому из общей и многогранной проблемы обеспечения конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений в работе рассматриваются два её основных аспекта - информационный, связанный с анализом и оценкой строительно-монтажных рисков, и нормативный аспект, требующий установления для строящегося объекта допустимого уровня конструктивной безопасности.

Целью работы является разработка методов прогнозирования и нормирования конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений.

Идея работы состоит в обеспечении конструктивной безопасности на основе оценки риска аварии в процессе возведения зданий и сооружений.

Основные задачи исследования:

1 .Разработка научно-методических основ прогнозирования и нормирования показателей конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений.

2.Разработка автоматизированной экспертной системы мониторинга и оценки конструктивной безопасностью строящихся зданий и сооружений.

Методы исследований основаны на системном и логико-вероятностном подходе к решению проблемы и включают в себя физическое и математическое моделирование, методы теории экспертных систем и теории нечётких множеств, а также методы строительной механики и теории надежности.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Конструктивная безопасность законченных строительством зданий и сооружений обеспечивается управлением качеством возведения несущих конструкций на основе оценки риска аварии для каждого завершенного этапа строительства.

2. Риск аварии определяется совокупностью ранжированных по степени опасности критических дефектов изготовления и монтажа несущих конструкций и может использоваться в качестве комплексного показателя конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений.

3. Нормативные значения комплексного показателя конструктивной безопасности должны находиться в области допустимых значений рисков аварий, устанавливаемой в зависимости от типа, назначения и этажности объекта с учётом его подверженности внешним, провоцирующим аварию, факторам риска.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается:

1. Представительным объемом данных о причинах случившихся на территории РФ аварий объектов строительства за период 1986-1996гг.

2. Совпадением результатов исследований, полученных различными методами.

3. Применением теорий и методов, позволяющих осуществлять корректную формализацию экспертных данных.

4. Регламентами сертификационных испытаний, основанных на действующих стандартах и нормативных документах.

5. Сертификационными испытаниями объектов строительства, которые показали удовлетворительную сходимость результатов научных исследований с практикой.

Научная значимость и новизна работы:

1. Установлена взаимосвязь между риском аварии и дефектами изготовления и монтажа несущих конструкций строящихся зданий и сооружений, и на её основе получены зависимости, позволяющие осуществлять перевод накопленных критических дефектов в величину риска аварии.

2. Разработана и обоснована модель объекта строительства для

прогнозирования риска аварии, отражающая процесс накопления критических дефектов при возведении зданий и сооружений.

3. Получена зависимость приемлемой величины риска аварии от степени ответственности строящегося здания или сооружения, позволяющая устанавливать допустимые значения показателей конструктивной безопасности как для части строящегося объекта, так и для здания и сооружения в целом.

Практическое значение работы заключается в разработке комплекса следующих прикладных методик:

- методика установления требуемого уровня конструктивной безопасности зданий жилищно-гражданского назначения;

- методика назначения класса безопасности зданий и сооружений по подверженности внешним, провоцирующим аварию, факторам риска;

- автоматизированная экспертная система сертификационных испытаний объектов строительства на соответствие требованиям конструктивной безопасности

Реализация работы. Результаты диссертационной работы

использованы при:

- сертификационных испытаниях построенного в г.Челябинске 16-этажного монолитного жилого дома;

- сертификационных испытаниях построенной в аэропорту г.Челябинска взлетно-посадочной полосы, проведенных в связи с ее страхованием;

- проведении учебного процесса на архитектурно-строительном факультете Южно-Уральского государственного университета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

- Первых Уральских академических чтениях Российской академии архитектуры и строительных наук. Челябинск, 1996 г.

- Вторых Уральских академических чтениях Российской академии архитектуры и строительных наук. Екатеринбург, 1997 г.

- Третьих Уральских академических чтениях Российской академии архитектуры и строительных наук. Екатеринбург, 1997 г.

- Всероссийской конференции "Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции". Чебоксары, 1997г.

- заочной научно-практической конференции "Прогнозирование чрезвычайных ситуаций". Москва, 1997г.

- семинаре Южно-Уральского академического центра РААСН. Челябинск, 1997 г.

- семинаре на кафедре строительных конструкций Уральского государственного технического университета -УПИ. Екатеринбург, 1997 г.

- семинаре на кафедре "Строительные конструкции и строительное производство" Уральской государственной академии путей сообщения. Екатеринбург, 1997 г.

- научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (1991 - 1997 г.г.).

Результаты работы демонстрировались на:

- выставках "Стройкомплекс Челябинской области" (г.Челябинск, 1995г., 1996г. и 1997г.)

- выставке "Страхование'96 " (г.Москва, 1996 г.)

Публикации. По материалам исследований опубликовано 19 работ, в том числе одна монография.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Во введении обоснована актуальность проблемы конструктивной безопасности в строительстве, сформулированы цель, идея и задачи исследования и приведены основные научные и практические результаты работы. Первая глава посвящена критическому анализу существующих методов и подходов к оценке конструктивной безопасности объектов строительства. Вторая глава содержит обоснование концепции конструктивной безопасности объектов строительства и метода построения решающих правил прогнозирования относительного риска аварии. В третьей главе излагается методология диагностики бездефектности завершенных на строящемся объекте строительно-монтажных работ. Четвёртая глава содержит описание подхода к формированию нормативной базы и построению математической модели назначения стандартов конструктивной безопасности строящихся зданий и сооружений. Пятая глава посвящена построению структуры и алгоритмов компьютерных экспертных систем для прогнозирования и оценки достигнутого уровня конструктивной безопасности построенных зданий и сооружений. В шестой главе дается описание структуры и основных экономических механизмов Системы управления безопасностью и предупреждения строительных аварий. В приложении приведена концепция страхования строительно-монтажных рисков и методика назначения стандартов конструктивной безопасности.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Мельчаков, Анатолий Петрович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Азгальдов Г.Г. Квалиметрия в архитектурно -строительном проектировании.- М.: Стройиздат, 1989.-264 с.

2. Аугусти Г., Баратта А., Кашиати Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании. Пер. с англ. - М.: Стройиздат, 1988.-584 е..

3. Арнольд В.И. Теория катастроф.-М.: Наука, 1990.

4. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций.-М: Машиностроение, 1984.

5. Болотин В.В. О прогнозировании надежности и долговечности машин. Машиноведение, 1977, № 5.

6. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. -М.: Стройиздат, 1965,

7. Болотин В.В. К статистической интерпретации норм расчета строительных конструкций. Строительная механика и расчет сооружений. 1977.№ 1.

8. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. - М.: Стройиздат, 1982.

9. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения.- М.: Наука, 1988.

Ю.Волоховскнй В.Ю., Чирков В.П. Выбросы стационарного Гауссовского процесса из непрямоугольных областей, В кн. Вопросы устойчивости и колебаний. Труды МЭП, 1974, вып. 185

11. Вопросы экономики №1, 1992, Москва,с.43

12.Габрин К.Э., Мельчаков А.П. Логико-вероятностный метод прогнозирования максимального убытка при строительных авариях с

учетом фактического качества строительства// Известия Челябинского научного центра УрО РАН.-1997.-№ I. С. 6-10 (на сервере).

13.Глаз А.Б. Параметрическая и структурная адаптация решающих правил в задачах распознавания. - Рига: Зинатне, 1988.

14.Головнев С.Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования. - JL: Стройиздат, 1983.

15.Граве К.А., Лунц J1.A. Страхование. - М.: Госюриздат, 1960. Гражданский кодекс Российской Федерации. Часть 2.-М.:Инфра-М, 1996.

16.Гусев Л.А., Смирнова И.М. Развитие теории размытых множеств// Измерения, контроль, автоматизация.- 1978.- № 3.

17. Журавлев Ю.М. Формы и методы проведения перестраховочных операций. Основные виды перестраховочных договоров. - М.: Изд. "Юкис", 1991.

18.Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир, 1976.

19.Закон Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг» //Российская газ,- 25 июня, 1993.

20.Закон Российской Федерации «О стандартизации» //Российская газ.- 25 июня, 1993.

21. Закон Российской Федерации «О страховании» //Российская газ.-12 января, 1993.

22. Клетц Т.А. Выгоды и риск: сравнительная оценка в связи с потребностями человека. Бюллетень МАГАТЭ. 1980. кн.22.№ 516.

23.Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. - М.: Советское радио, 1975.

24.Лорьер Ж.Л. Системы искусственного интеллекта. Пер. с франц. -М.: Мир, 1990.

25. Международный стандарт. Рег.№ ИСО 9000-87 "Общее руководство качеством и стандарты по обеспечению качества".

26. Международный стандарт. Рег.№ ИСО 9002-87 "Модель для обеспечения качества при производстве и монтаже".

27.Мельчаков А.П., Габрин К.Э., Мельчаков Е.А. Управление безопасностью строительства. Прогнозирование и страхование рисков аварии зданий и сооружений.- Челябинск-Курган: Зауралье, 1996.- 198с

28. Мельчаков А.П., Рябченков С.И. Расчет и управление надежностью рамных тонкостенных конструкций при случайном нагружении// Инф. мат. Всесоюзной школы "Расчет и управление надежностью больших мех. систем". 1986. - С.5.

29. Мельчаков А.П. О рациональном проектировании узловых соединений рамных металлоконструкций: Сб. трудов ЧПИ, Челябинск, 1987.

30. Мельчаков А.П., Степанов А.Н. Безопасность строительных объектов в системе сертификации // Бюллетень строительной техники.- 1993.-№

1. С.38-39.

31. Мельчаков А.П. Механизмы предупреждения аварий // Бюллетень строительной техники.-1995.-№ 9-10. С.11,

32. Мельчаков А.П., Сытник A.C. Оценка уровня конструктивной безопасности здания в системе сертификации // PA ACH, сб. докладов. 1996.- С.51-52.

33. Мельчаков А.П. Конструктивная безопасность зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство.-1996,- № 11. С. 15-16.

34. Мельчаков А.П., Габрин К.Э., Мельчаков Е.А. Оценка конструктивной безопасности построенных зданий в системе предупреждения строительных аварий ¡1 Стройкомплекс Челябинской области.-1996.-№

2.С.28-29.

35. Мельчаков А.П. О нормировании показателей конструктивной безопасности зданий и сооружений // РААСН, сб. докладов. 1997.-С.46.

36. Мельчаков А.П. Технология сертификационных испытаний зданий и сооружений на соответствие нормативным требованиям конструктивной безопасности // Тез. докл. Всероссийской конференции, г.Чебоксары, 1997.- С.25.

37. Мельчаков А.П., Габрин К.Э., Мельчаков Е.А. Система предупреждения строительных аварий // Сб. докл. на научно-практической конферен. "Прогнозирование ЧС", г. Москва. 1997.-

С.1-8.

38.Мельчаков А.П. Логико-вероятностный подход к оценке безопасности технических систем//Электробезопасность.-1997.-№ 1. С.26-33.

39.Мельчаков А.П., Сидоров А.И., Габрин К.Э. Метод назначения для технической системы класса по конструктивной безопасности// Известия Челябинского научного центра, № 1. Ур.О. РАН. 1997. - С. 1-5 (на сервере).

40.Мельчаков А.П., Габрин К.Э. Практика страховой и технической защиты инвестиций// Стройкомплекс Челябинской области.-1997.-№ 8-9.С.22-25.

41.Мельчаков А.П. Анализ строительных рисков в регламентах страхования и сертификации конечной строительной продукции // Стройкомплекс Челябинской области,-1997.-№ 12. С. 14-19.

42.Материалы семинара Munchener Ruckversicherungs Gesellschaft по страхованию строительно-монтажных рисков. Москва, декабрь 1996

43.Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с нем.-М.: Мир, 1990.

44.Многокритериальные задачи принятия решений. Сб.ст. - М.: Машиностроение, 1978.

45. Надежность строительных конструкций и оснований. ГОСТ 27751-88 (CT 384-87), Государственный строительный комитет СССР,

Москва.

46. Орланюк-Малицкая Л.А. Страховые операции.- М.: "Финансы и статистика", 1991.

47.Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. - М.: Наука, 1981.

48.Представление и использование знаний. Пер. с япон./ Под ред. Х.Уэно, М.Исидзука - М.: Мир, 1989.

49. Прочность самолета (методы нормирования расчетных условий прочности самолета)/ Под редакцией А .И. Макаревского. М.: Машиностроение, 1975.

50. Пугачев B.C. Теория случайных функций и её применение к задачам автоматического управления. М.: Физматгиз. 1962. управления. М.: Физматгиз. 1962.

51. Рекомендации по оценке и обеспечению надежности транспортных сооружений. Всесоюзный ордена Октябрьской революции научно-исследовательский институт транспортного строительства. Москва,

1989.

52.Ржаницин А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность.-М.: "Стройиздат", 1978.-240 с.

53.Ржаницин А.Р. Экономический принцип расчета на безопасность. "Строительная механика и расчет сооружений", 1973, №3.

54.Ржаницин А.Р. Определение характеристики безопасности и коэффициента запаса из экономических соображений. В кн. вопросы теории пластичности и прочности строительных конструкций. М.: Сройиздат. 1961.

55. Резник JI.K. Использование нечеткой информации для повышения очности измеряемых величин. - Ж. "Автометрия" №4, 1985.

56.Ройтман А.Г. Деформации и повреждения зданий. М.:Стройиздат. 1987.-160 с.

57.Ройтман А.Г. Предупреждение аварий жилых зданий. М.Стройиздат.

1990.

58. Риск как точная наука - Наука и жизнь, 1991, №3.

59. Сендеров Б.В. Аварии жилых зданий. М.: Стройиздат. 1991.

60.Синицын А.П. Расчет конструкций на основе теории риска. М.: Стройиздат. 1985.

61. СН 378-77. Инструкция по оценке качества строительно-монтажных работ. - М.: Стройиздат. 1977.-7с.

62. Статистический контроль качества продукции на основе принципа распределения приоритетов. М.: Финансы и статистика. 1991.

63.СтолбовЮ.В. Статистические методы контроля качества строительно-монтажных работ. -М.: Стройиздат. 1982.-87 с.

64.Страхование подрядчиков от всех рисков и от ответственности за убытки потребителей: Реф. пер. с англ. Ю.М. Журавлева. - М. «Сов Ит Ас», 1994.

65. Страхование технических рисков на промышленном предприятии. Публикация Munchener Ruckversicherungs Gesellschaft, Германия. 1996.

66. Сытник B.C. Контроль и обеспечение точности при возведении зданий и инженерных сооружений -М.:Стройиздат. 1977.-176 с.

67.Тимашев С.А. Методы нормирования надежности сооружений с неэкономической ответственностью. В кн. Вопросы надежности железобетонных конструкций. Куйбышев. 1973.

68.Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука. 1970. Чирков В.П. Выбросы случайного процесса из области со стохастической границей. В кн. Механика материалов и конструкций. Труды МЭП. 1980, вып.459.

69.Хенли Э.Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска: Пер. с англ. В.С.Сыромятникова, Г.С.Деминой. Под общ. ред. В.С.Сыромятникова.-М.:Машинострение, 1984.

70.Шахов В.В. Введение в страхование: Эконом, аспект.- М.: Финансы и статистика, 1992.

71. Швец В.Б. Элювиальные грунты, как основания сооружений. - М.: "Стройиздат", 1964.

72. Шлыков В.Н. Исследование риска травматизма и разработка методов его снижения (на примере строительного производства). Автореферат диссертации на соискание уч.ст. доктора техн.наук, 1994. 36с.

73.Юрик. Я.В. Таблицы для расчета осадок фундаментов. - Киев: "Будивельник", 1971.

74.Blockley D.I. Reliability theory - incorporating gross erors. In : Structural safety and reliability/Eds. T.Moan, M.Shinozuka. Amsterdam, Oxford, New York: Elsevier, 1981.

75. Hauser R. Lessons from European failures. "Concrete International", 1979.

76.Matousek, A system for a datailed analusis of structural failures, In : Structural safety and reliability,1981.