Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
UDK 692.4 Крыши (покрытия зданий) и кровли. Формы крыш. Конструкции и конструктивные детали крыш. Надстроечные элементы крыш
The quality of life cycle management of flat rolled roofs depends on the effectiveness of the technology for assessing their physical deterioration, the value of which is significantly affected by the operating conditions of roofs and sources of impacts. Flat rolled roofs are the most common technical solutions in the real estate and are very defect-intensive building systems, the physical deterioration of which affects the structural safety and functional reliability not only of them, but of the entire building as a whole. Defects in flat rolled roofs, as well as defects in building structures in general, are in close organizational and technological relationship, in which the life cycle of an individual defect can be a synergistic multiplication or subtraction in defects life cycle parameters. The key flaw of modern methods for assessing physical deterioration are the initial and predominantly manual instrumental studies, in connection with which the methods are overly simplified, templated, subjective in natural assessment of life cycle resource intensity. In this regard, it seems promising targeted research related to the comprehensive improvement for construction and technical flaw detection methods, both in software improving that increases the reliability and quality of the factual result, and algorithms for predictive estimation of individual defects and building systems life cycles. That manages life cycle more effectively in the media of practical methods for dynamic defects analyzing and assessing the technical condition of structures in general. The paper presents mainline in improving of method for assessing the physical deterioration of flat rolled roofs, quantitatively taking into account the combined impact of defects on building system technical condition at its life cycle, significant expanding the operational tools for building technical management.
flat rolled roofs, physical deterioration, physical deterioration assessment, defect, defect ratio, hierarchy analysis process
Введение. Важнейшими аспектами управления жизненным циклом здания являются мероприятия по поддержанию его конструктивной безопасности и функциональной надежности [1]. Наиболее распространенными и, при этом, наиболее проблемными конструктивными элементами здания на являются плоские рулонные кровли, характеризующиеся большим разнообразием типов конструкций и составляющих их материалов [2]. Каждый тип плоской рулонной кровли имеет свои особенные дефекты, отличные от остальных, что требует от строительного эксперта наличия специфических знаний об особенностях её эксплуатации и ремонта [3].
Основным методом, используемым при оценке физического износа зданий, является экспертно-нормативный [4], основанный на визуальном осмотре строительных конструкций и последующего соотношения выявленных дефектов с их количественными выражениями, описанными в нормативных документах. Однако, результаты оценки по этому методу часто приводят к занижению величины физического износа [5], что вызвано:
– неучтенностью всей номенклатуры дефектов;
– предусмотренной точностью расчетов
±5 %;
– субъективностью оценки параметров дефектов экспертом;
– погрешностью измерений, обратно пропорциональной опыту эксперта.
Совершенствование экспертно-нормативного метода оценки физического износа плоских рулонных кровель, по мнению авторов, должно строиться на повышении количества, периодичности и достоверности получения фактологического материала [6], расширении номенклатуры учитываемых расчетом дефектов и учете удельного веса отдельного дефекта в общем объеме, предложении аппаратно-программного ведения динамического анализа дефектов, реализующих дифференцированные жизненные циклы.
Методология. Исследование возможности совершенствования инструментов оценки физического износа плоских рулонных кровель проводилось авторами путем:
– изучения регламентирующей правила эксплуатации плоских рулонных кровель нормативно-технической документации, проведения обследования их технического состояния, а также научных исследований в области исследования причин возникновения дефектов плоских рулонных кровель, динамики их развития и способов предотвращения и устранения;
– структурирования данных, получаемых при проведении строительно-технической экспертизы и описывающих наиболее распространенные типовые дефекты плоских рулонных кровель на фото- и видеоматериалах, получаемых экспертом в процессе проведения обследования, в том числе и с помощью беспилотных летательных аппаратов;
– тестирования практикующих строительных экспертов на распознавание типовых дефектов плоских рулонных кровель на примере типовых фотографий участков имеющей повреждения кровли и их ранжирование по степени влияния на конструктивную безопасность и функциональную надежность плоской рулонной кровли;
– изучения существующих подходов и технологий информационного моделирования зданий (Building Information Model) и поиска методов насыщения BIM-модели зданий выявленными при проведении строительно-технической экспертизы плоских рулонных кровель дефектов.
Основная часть. Кровлей технически называется элемент крыши, предохраняющий здание от проникновения атмосферных осадков; включает в себя водоизоляционный слой из разных материалов, основание под водоизоляционный слой, аксессуары для обеспечения вентиляции, примыканий, безопасного перемещения и эксплуатации, снегозадержания и др. Таким образом от технического состояния кровли зависит не только её работоспособность, но и техническое состояние нижележащих строительных конструкций, оборудования и других функциональных элементов, которые могут получить возрождения в результате нарушения её герметичности.
Плоские рулонные кровли являются самыми распространёнными в многоэтажном строительстве [7] в связи с их относительной дешевизной и возможностью сплошной гидроизоляции. В то же время плоские рулонные кровли являются одними из самых дефектоёмких кровельных систем [8], средняя продолжительность жизненного цикла которых не превышает 15 лет, при продолжительности стадии безотказной эксплуатации до 7 лет [9].
Среди основных причин образования дефектов рулонных кровель следует отметить ошибки, допущенные при проектировании, в процессе устройства, эксплуатации кровли и естественные процессы деградации материалов и узлов [10].
На стадии эксплуатации своего жизненного цикла плоская рулонная кровля подвергается и реагирует на сложные воздействия, сочетающие в себе температурные, механические, химические, биологические и др. [11], что усложняет, удорожает и снижает достоверность результатов дефектоскопии, осуществляемой традиционными технологиями ручной инструменталистики и визуальной аналитики [4].
Таблица 41 ВСН 53-86(р) Правила оценки физического износа жилых зданий, наиболее часто используемого строительными экспертами, разделяет степень физического износа плоских рулонных кровель по 4-м категориям, учитывающим вид дефекта и расплывчато описанных признаков физического износа, трактуемых экспертом в широком диапазоне субъективного восприятия. При этом использованный перечень дефектов содержит наименее трудоемкие для определения вручную, но далеко не исчерпывающие характеристику технического состояния кровли, а рекомендуемый нормами состав работ по результатам оценки узок, категоричен и не согласуется с принципами рационального управления жизненным циклом объекта строительства.
Существующие технологии строительно-технической дефектоскопии, в этой связи, не позволяют в полной мере оценивать, систематизировать и оптимизировать стоимость жизненного цикла здания – расчетной величины денежного выражения совокупных издержек владения жилым домом, включающих в себя расходы на выполнение строительно-монтажных работ, последующие обслуживание, эксплуатацию в течение срока их службы, ремонт, утилизацию созданного в результате выполнения работы объекта [12]. В то же время стоимость жизненного цикла здания является важным показателем, регулируемым государством, и учитываемым не только на стадии эксплуатации объекта недвижимости, но и предварительно рассчитываемым при его проектировании. В связи с этим правильно принятое решение о необходимости, своевременности и объемах ремонтно-восстановительных работ, особенно для муниципальных объектов, финансируемых из государственного бюджета, позволит рациональнее и эффективнее управлять ими, распределяя бюджетные средства по объектам в соответствии с реальными потребностями.
Авторами проведено исследование комплексного влияния типовых дефектов плоских рулонных кровель на величину её физического износа. Ранжирование дефектов, дифференцируемо учитываемых в линейной модели комплексного взаимного влияния осуществлено методом анализа иерархий [13, 14]. Приведение к единой унифицированной форме классифицирующей атрибутики строительных дефектов как системотехнически ценных элементов (иерахических классов) информационной модели здания, обладающих собственным жизненным циклом планируется в рамках, подготовленных Министерством строительства методических указаний по классификации и кодированию информационных моделей объектов капитального строительства промышленного назначения.
Исследование проводилось на следующих типовых, наиболее часто встречающихся, визуально определимых дефектах:
Отсутствие водоизоляционного ковра – дефект, характеризующийся полным или частичным на большой площади отсутствием рулонного ковра, вызванным его отрывом от подстилающей поверхности в результате ветрового или иного воздействия;
Отсутствие защитного слоя – дефект, вызванный нарушением технологии устройства кровли, заключающийся в отсутствии защитного слоя гравия
Механическое повреждение рулонного ковра (пробоины) – дефекты, вызванный воздействием атмосферных осадков в виде града, человеческого фактора (при передвижении по поверхности, монтаже и креплении крышных конструкций, сбрасывании мусора с вышележащих уровней крыши).
Расслоение швов полотен – дефект, вызванный нарушением технологии устройства кровли (не соблюдена величина нахлеста, предварительно не раскатывались и не подгонялись соседние рулоны кровельного материала и пр.), а также наклейкой верхнего слоя стыка против направления господствующих ветров, выраженный зазорами между слоями кровельного материала в местах стыков.
Растрескивание водоизоляционного ковра – дефект, вызванный растягивающими усилиями в подстилающих слоях кровли, возникающих при ошибках, допущенных при устройстве кровли, а также температурных деформаций и проявляющийся в виде сквозных трещин – разрывов рулонного ковра.
Разрушение покровного слоя материала – дефект, проявляющийся в виде хаотично расположенных нитевидных трещин, появление которых вызвано воздействием солнечных лучшей, ультрафиолетового излучения и старением материала.
Сползание рулонного ковра. Складки - дефект, вызванный размягчением битумного материала под воздействием солнечной радиации и последующими температурными его деформациями
Вздутие водоизоляционного ковра – дефект, проявляющийся в виде деформации рулонного ковра, вызванной избыточным давлением паровоздушной смеси в замкнутой полости под его поверхностью.
Впадины. Образование зон застоя воды – дефект, вызванный отклонениями, допущенными при устройстве основания (неровности, выбоины, углубления), чаще всего проявляющийся скоплением воды или песка.
Биологическое повреждение – дефект, характеризующийся гниением материалов кровли и их механическим повреждением корневой системой растений.
Отслоение рулонного ковра от вертикальных поверхностей – дефект, вызванный нарушениями, допущенными при устройстве и эксплуатации кровли (отсутствие крепления к вертикальным конструкциям, перегибы кровельного материала).
Отсутствие элементов из оцинкованной стали – дефект, вызванный нарушениями, допущенный при устройстве кровли или выполнении ремонтно-восстановительных работ, выраженный локальным или полным отсутствием элементов парапета из оцинкованной стали.
Отсутствие крышек элементов организованного водостока – дефект, вызванный нарушениями устройства или эксплуатации кровли.
Коррозия металлических элементов – дефект стальных конструкций крыши и кровли, вызванный истиранием защитного слоя и воздействием атмосферных осадков.
А также на следующих критериях конструктивной безопасности и функциональной надежности:
Герметичность – способностью объекта препятствовать прохождению жидкости или газа.
Долговечность – способность строительного объекта сохранять физические и другие свойства, устанавливаемые при проектировании и обеспечивающие его нормальную эксплуатацию в течение расчетного срока службы при надлежащем техническом обслуживании.
Ремонтопригодность – способность элемента или конструкции оставаться в состоянии, в котором они могут выполнять требуемые функции, или быть восстановленными до этого состояния при возникновении неисправности.
Работоспособность – способность исполнять требуемые функции в соответствии с предполагаемыми условиями использования (эксплуатации).
Поликритериальное сравнение методом анализа иерархий осуществлялось с использованием следующих показателей технического состояния строительной системы, зависящих от диагностируемых дефектов: герметичность, долговечность, ремонтопригодность и работоспособность в трактовке этих технических определений (табл. 1).
Таблица 1
Принятая классификация визуально определимых дефектов плоской рулонной кровли
|
Дефект |
Иерархическая классификация |
Характеристика |
|
Отсутствие водоизоляционного ковра (локальное или полное) |
CEn / PMn / CMa / Def_001 / ID_Def_xxx |
Полное или частичное на большой площади отсутствие рулонного ковра, |
|
Отсутствие защитного слоя |
CEn / PMn / CMa / Def_002 / ID_Def_xxx |
Отсутствие защитного слоя гравия |
|
Механическое повреждение |
CEn / PMn / CMa / Def_003 / ID_Def_xxx |
Пробоины в толще рулонного ковра |
|
Расслоение швов на стыке |
CEn / PMn / CMa / Def_004 / ID_Def_xxx |
Зазоры между слоями кровельного материала в местах стыков |
|
Растрескивание водоизоляционного ковра |
CEn / PMn / CMa / Def_005 / ID_Def_xxx |
Разрывы рулонного ковра |
|
Разрушение покровного слоя материала |
CEn / PMn / CMa / Def_006 / ID_Def_xxx |
Хаотично расположенные нитевидные трещины |
|
Сползание рулонного ковра. Складки |
CEn / PMn / CMa / Def_007 / ID_Def_xxx |
Складки рулонного материала вдоль уклона |
|
Вздутие водоизоляционного ковра |
CEn / PMn / CMa / Def_008 / ID_Def_xxx |
Выпуклые деформации рулонного ковра |
|
Впадины. Образование зон застоя воды |
CEn / PMn / CMa / Def_009/ ID_Def_xxx |
Скопление воды или песка в углублениях |
|
Биологическое повреждение |
CEn / PMn / CMa / Def_010 / ID_Def_xxx |
Гниение материалов кровли и их |
|
Отслоение рулонного ковра от вертикальных поверхностей |
CEn / PMn / CMa / Def_011 / ID_Def_xxx |
Отсутствие крепления к вертикальным конструкциям, перегибы кровельного материала |
|
Отсутствие элементов из оцинкованной стали |
CEn / PMn / CMa / Def_012 / ID_Def_xxx |
Локальное или полное отсутствие |
|
Отсутствие крышек элементов организованного водостока |
CEn / PMn / CMa / Def_013 / ID_Def_xxx |
Отсутствие крышек элементов организованного водостока |
|
Коррозия металлических элементов |
CEn / PMn / CMa / Def_014 / ID_Def_xxx |
Коррозионные повреждения на поверхности стальных элементов кровли |
Результаты иерархического сравнения дефектов позволяют предложить следующий ранговый ряд их влиятельной значимости на техническое состояние и состояние функционального соответствия, принимаемый как показатель синергетической свертки эффектов жизненного цикла дефектов в динамическом моделировании плоской рулонной кровли на эксплуатационной стадии жизненного цикла [15] (рис. 1).
Выводы. Поскольку основной причиной снижения срока эффективной эксплуатации плоских рулонных кровель является их высокая дефектоемкость, малоизученное агрессивное взаимное влияние дефектов, а также недостатки нормативных методов качественной оценки величины физического износа, эффективное управление жизненным циклом дефекта и плоской рулонной кровли как строительной системы с позиций динамического прогнозирования и системотехнического анализа дефектов является перспективным направлением совершенствования технологий строительно-технической дефектоскопии, соответствующего актуальным требованиям к инструментам и механизмам управления жизненным циклом строительных систем [16].
Предложенные авторами рекомендации по совершенствованию экспертно-нормативного метода оценки физического износа плоских рулонных кровель на основе синергетической свертки эффектов жизненного цикла дефектов в динамическом моделировании позволит повысить достоверность, проверяемость и эффективность результатов экспертно-строительной деятельности. Использование дополненного в соответствии с рекомендациями авторов экспертно-нормативного метода оценки физического износа плоских рулонных кровель позволит собственникам объектов недвижимости своевременно принять меры по устранению наиболее опасных дефектов, сохранению эксплуатационных качеств кровли, продлить срок службы объекта недвижимости и снизить стоимость жизненного цикла объекта.
1. Temikeev K., Zulpuyev A.M., Bolotbek T., Masylkanova B., Abdullaev U. General provisions and definitions of the life cycle and resource of constructive safety of buildings and structures. Science [Obshchie polozheniya i opredeleniya zhiznennogo cikla i resursa konstruktivnoj bezopasno-sti zdanij i sooruzhenij]. New technologies and innovations of Kyrgyzstan. 2022. No. 7. Pp. 16-20. DOI:https://doi.org/10.26104/NNTIK.2022.55.40.004. (rus)
2. Zholobov A.L. Modern technological solutions for repair of multilayer roofs [Sovremennye tekhnologicheskie resheniya po remontu mnogoslojnyh krovel']. Bulletin of Civil Engineers. 2008. № 4(17). Pp. 55-62 (rus).
3. Zholobov A.L., Zholobova E.A. Systematization of methods for increasing the service life of building structures [Sistematizaciya metodov uvelicheniya sroka sluzhby stroitel'nyh konstrukcij]. Scientific review. 2014. No. 10-3. Pp. 633-636.
4. Nam P.A. Analysis of methods of technical inspection of objects in order to determine their physical wear [Analiz metodik tekhnicheskogo obsledovaniya ob"ektov s cel'yu opredeleniya ih fizicheskogo iznosa]. AlfaBuild. 2019. No. 4(11). Pp. 7-22.
5. Likhachev A.A., Usoltseva O.A. Review and comparison of modern domestic and foreign methods for assessing the technical condition of buildings and structures [Obzor i sravnenie sovremennyh otechestvennyh i zarubezhnyh metodov ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya zdanij i sooruzhenij]. Engineering Bulletin of the Don. 2022. No. 10(94). Pp. 1-12.
6. Yudin D., Naumov A., Dolzhenko A., Patrakova E. Software for roof defects recognition on aerial photographs. Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1015(3). 032152.
7. Zelmanovich Ya. I. The state of the market of soft roofing and waterproofing materials in Russia in 2009 - 2010 [Sostoyanie rynka myagkih krovel'nyh i gidroizolyacionnyh materialov v Rossii v 2009- 2010 gg.]. Building materials. 2011. No. 3. Pp. 63-67.
8. Sysoev A.K., Zholobova E.A., Zholobov A.L. On the causes of premature destruction of roofs made of polymer membranes [O prichinah prezhdevremennogo razrusheniya krovel' iz polimernyh membrane]. Engineering Bulletin of the Don. 2021. No. 5(77). Pp. 81-87.
9. Yartsev V.P., Dolzhenkova M.V. Forecasting the durability of roofing bitumen-polymer composites [Prognozirovanie dolgovechnosti krovel'nyh bitumno-polimernyh kompozitov]. Bulletin of the Tambov State Technical University. 2012. Vol. 18, No. 4. Pp. 1042-1050.
10. Yevtushenko S.I., Krakhmalny T.A. Defects and damages of roof structures of industrial buildings [Defekty i povrezhdeniya konstrukcij krovli proizvodstvennyh zdanij]. Construction and architecture tour. 2022. Vol. 10, No. 1. Pp. 2-5. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-10-1-2-5.
11. Andenæs E., Engebø A., Kvande T., Bohne R.A., Lohne J. Flat Roofs Defects - Norwegian Building Sector Perspectives. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 290. DOIhttps://doi.org/10.1088/1755-1315/290/1/012069
12. Paramitha P., Stefanus K., Niken S. The study of building inspection reliability and life cycle cost analysis in Universitas Sebelas Maret Surakarta. AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2482. 050009. DOIhttps://doi.org/10.1063/5.0132011.
13. Thomas S., Luis V., St, Cahyono. The Analytic Hierarchy Process. Springer Science+Business Media New York 2012. 345 p.
14. Valentino S., Luis V., Fabio F., Francesco F. The Analytic Hierarchy Process in the Building Sector. New Approaches for Multi-Criteria Analysis in Building Constructions. 2022. DOIhttps://doi.org/10.1007/978-3-030-83875-1_2.
15. Shilov L., Shilova L. Methodology of Coding Building Information Model Elements at the Stages of the Life Cycle. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 231. Pp. 239-247. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-96206-7_25.
16. Grabovy P.G., Volkov R.V., Volgin V.V. Intellectual Real Estate Management. Real estate: economics, management. 2023. Vol. 1. Pp. 6-20.
