ЗАЩИТА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Контроль механических колебаний элементов конструкции и здания в целом, имеющих различную природу, амплитуды и периоды, является важнейшей составной часть комплексной системы мер по обеспечению безопасности персонала.

Круглогодичный мониторинг позволяет выявлять как очень медленные (порядка 0,001 Гц), связанные, например, с промерзанием и оттаиванием грунта, так и относительно быстрые (от 0,1 до 10 Гц) колебания. Причиной вторых являются в основном переменные ветровые нагрузки, что особенно существенно для высотных зданий и сооружений.

Весьма значительным в районах городской застройки является воздействие техногенных факторов, в частности – связанных с интенсивным движением транспортных средств. Совместное действие нескольких внешних факторов может вызвать резонансные колебания конструкций здания, потенциально опасные возможностью внезапного разрушения.

Кроме того, нельзя не учитывать негативное воздействие звуковых колебаний сверхнизких частот на людей, источниками которого являются резонирующие конструкции здания, в том числе, и на прилегающей территории. Согласно требованиям МГСН 4.19.-05 («Многофункциональные высотные здания и комплексы») ускорения не должны превышать 0,08 м/с2. Несоблюдение этих требований может приводить к нарушению комфортного пребывания людей в здании. В этом случае следует предусматривать меры по снижению уровня колебаний здания.

Заметным воздействиям могут подвергаться соседние здания, а также плиты фундаментов. При этом напряженно-деформированное состояние конструкций может изменяться не только в процессе эксплуатации здания, но и в зависимости от стадийности выполнения строительных работ на отдельных участках комплексной застройки.

Опыт применения сейсмометрических технологий, показывает, что методика непрерывного мониторинга колебаний должна обеспечивать решение следующих основных задач:

  • обследование зданий, мониторинг конструктивной целостности и выявление потенциально опасных трендов;
  • отслеживание появления особенностей в характере деформирования грунтов под фундаментом в основании зданий;
  • выявление взаимодействия соседних сооружений через грунт.

В отечественной практике уже имеется опыт разработки методики непрерывного мониторинга деформационного состояния несущих конструкций, а также создана стационарная станция на ее основе, содержащая:

  • ряд, устанавливаемых на несущих конструкциях, измерительных пунктов с датчиками для регистрации трехкомпонентных ускорений колебания конструкций;
  • ряд, устанавливаемых на несущих конструкциях, измерительных пунктов с датчиками для регистрации кренов здания, расположенных в нижнем подземном этаже;
  • пункт централизованного сбора информации станции;
  • систему связи между измерительными пунктами и пунктом централизованного сбора информации

Синхронная регистрация колебаний всех датчиков позволяет анализировать поведение конструкций здания при динамических воздействиях, включая ветровые нагрузки. На станции осуществляется также контроль общего наклона здания и его частей.

Измерительные датчики, входящие в состав станции имеют, однако, ограничения по чувствительности и частотному диапазону в области частот менее 0,01 Гц, связанные с влиянием атмосферных факторов и деформацией их конструкции, вызванной техногенными причинами. Это ограничивает возможности станции в оценке деформаций грунта под фундаментом и не позволяет выявлять инфранизкочастотные колебания конструкций, представляющие опасность для экологии прилегающей территории и персонала здания.

С учетом актуальности создания станции, позволяющей решать весь комплекс задач, связанных с механическими колебаниями в широком диапазоне частот и амплитуд, ООО «Эколит», совместно ГК «РНТ» и СПб филиалом ИЗМИРАН была создана система «Эколит-Простор».

В основу разработки комплекса оборудования системы положен принципиально новый подход к решению задачи измерения деформаций несущих конструкций здания, основанный на том, что любое здание в период начала эксплуатации (или мониторинга) имеет некоторый фиксированный в пространстве магнитный момент, присущий индивидуально только ему.

Постоянные измерения трех компонент собственного магнитного момента в нескольких фиксированных точках относительно магнитного поля Земли позволяют выявлять вариации топологии магнитного поля объекта, связанные с его перемещением как целого, а также относительным смещением отдельных элементов несущей конструкции.

Анализ полученных данных позволяет выявить опасные деформации и перемещения, происходящие с частотами от тысячных долей до единиц Герц.

Проведенные нашей компанией исследования и эксперименты показали, что специальная, специфичная для каждого объекта, конфигурация системы размещения нескольких трехкомпонентных магнитных датчиков, закрепленных на несущих бетонных конструкциях, позволяет выявить как медленные, так и внезапные (быстрые) изменения градиентов магнитного поля.

Чувствительность применяемых датчиков позволяет выявить указанные изменения, связанные со смещением элементов конструкции на величину менее одной угловой минуты.

Созданный на основе вышеописанной методики комплекс оборудования МКУП-2 предназначен для установки под крышей и в подземном этаже здания. Он обеспечивает непрерывные (с периодом 50 Гц) измерения собственного магнитного поля здания с чувствительностью менее 1 нТл.

Выносная часть системы размещается за пределами городской черты на расстоянии 20-30 км от контролируемого объекта и предназначена для непрерывного мониторинга общего магнитного поля Земли. Выносная часть может одновременно обеспечивать большое количество контролируемых объектов необходимой информацией о параметрах общего магнитного поля Земли, необходимой для выявления малых локальных изменений собственного магнитного поля объекта.

Для обработки полученных данных используются оригинальные алгоритмы, обеспечивающее как непрерывный анализ полученных данных, так и прогноз возможных последствий от выявленных смещений как здания в целом, так и отдельных его элементов относительно друг друга.

Обработка информации, визуализация результатов анализа и формирование сигналов оповещения о возможных опасностях производятся в реальном времени.

Базовая часть комплекса МКУП-2 устанавливается внутри охраняемого объекта и рассчитана на непрерывную круглосуточную работу, как в автономном, так и в интерактивном режиме.

Регулярный мониторинг медленных и внезапных быстрых изменений градиентов магнитного поля в трех измерениях позволяет получить информацию об изменении суммарного магнитного поля на объекте, выявить критическую ситуацию, связанную с локальными деформациями, предотвратить необратимые внезапные разрушения и сэкономить большие средства на их восстановление. Использование этого метода эффективно при контроле перемещений высотных сооружений в любых погодных условиях относительно локальных силовых линий магнитного поля Земли, которые являются идеальными опорными реперами для измерения вектора магнитного момента объекта.

Базовая часть комплекса МКУП-2 устанавливается внутри охраняемого объекта и рассчитана на непрерывную круглосуточную работу, как в автономном, так и в интерактивном режиме.

Магнитометрическая система позволяют контролировать механические перемещения до 0,1 мм, происходящие с частотой от 0 до 8 Гц.