2.1. При динамических испытаниях сооружений башенного типа для оценки их технического состояния и возможных индивидуальных рисков для людей, находящихся внутри здания, перед началом испытаний необходимо выполнить:

- опрос эксплуатирующих сооружение работников о технических проблемах сооружения;

- просмотр и анализ имеющейся проектно-конструкторской и эксплуатационной документации;

- анализ возможных опасностей природного и техногенного характера для сооружения;

- определение возраста сооружения, предварительно определив соответствие его износа возрасту;

- предварительно по внешнему виду оценку конструктивной схемы и технического состояния сооружения, возможные наиболее уязвимые места.

2.2. Работы по динамико-геофизическому обследованию и испытанию сооружений башенного типа выполняются снаружи и внутри сооружения в следующей последовательности:

а) снаружи сооружения:

выполняются при невозможности выполнения работ внутри здания (угрозы обрушения, отсутствия доступа и т.д.);

выбирается место установки центрального пункта сбора информации (для удобства расположения оператора);

выбираются места установки датчиков на внешней поверхности сооружения (стенах, оконных проемах, кровле);

определяются способы доставки датчиков к местам установки (механические подъемники, квадрокоптеры, с помощью промышленных альпинистов и др.);

- проверить готовность оборудования для диагностического обследования и испытания сооружения, оно должно быть исправно и поверено;

- путем общего и при необходимости детального осмотра сооружения определить его расчетную схему;

- определить наличие и количество деформационных швов, стыков, уровней, балконов, площадок;

- определить наличие технических подвалов и верхних технических помещений, возможности доступа к ним;

- оценить геометрию сооружения в плане и по высоте (измерить длину, ширину и высоту здания и его блоков);

- определить проемность сооружения (отношение суммарной площади окон к площади стен, где они расположены);

- определить координаты и направление сторон света;

- оценить возможность установки и ориентирования осей датчиков с учетом геометрии сооружения в плане и по высоте, конструктивного решения, стыков, уровней, деформационных швов, площадок (выбрать характерные ориентиры, или ориентировать оси по компасу);

- спланировать необходимое количество опытов (для простых случаев достаточно 8 опытов на одну серию измерений);

- начертить ситуационную схему и схему расстановки датчиков;

- на ситуационной схеме в необходимом масштабе указывается сооружение в плане, соседние здания, подпорные стены, наличие уклонов местности, направления воздействия возможных природных и техногенных опасностей;

- на схеме расстановки датчиков указываются места расстановки датчиков в плане и по высоте, их номера и ориентация осей (если датчики в сооружении невозможно точно сориентировать относительно продольных и поперечных стен, то они ориентируются по направлению стран света (с помощью компаса);

б) внутри сооружения:

- проверить готовность оборудования для диагностического обследования и испытания сооружения, оно должно быть исправно и поверено;

- путем общего и при необходимости детального осмотра сооружения определить его расчетную схему;

- определить количество уровней измерений по высоте и расстановку датчиков в плане;

- определить проемность здания (отношение суммарной площади окон к площади стен, где они расположены);

- определить координаты и направление сторон света;

- оценить возможность установки и ориентирования осей датчиков с учетом геометрии здания в плане и по высоте, конструктивного решения;

- спланировать необходимое количество опытов (для простых случаев достаточно 8 опытов на одну серию измерений);

- начертить ситуационную схему и схему расстановки датчиков;

- на схеме расстановки датчиков указываются места расстановки датчиков в плане и по высоте, их номера и ориентация осей (если датчики в сооружении невозможно точно сориентировать относительно продольных и поперечных стен, то они ориентируются по направлению стран света (с помощью компаса).

Рис. 2.1. Пример расстановки датчиков по высоте сооружения:

нижней точкой расстановки был машинный зал лифтов в подвале

сооружения, верхней точкой расстановки был уровень +190,0 м

Рис. 2.2. Пример оборудования пункта сбора динамических

данных на верхней площадке стальной башни

2.3. При проведении работ по динамико-геофизическому контролю должны выполняться требования к нормам техники безопасности, действующих правил по охране труда и противопожарной безопасности.

2.4. При проведении работ используется оборудование, которое состоит из:

- трехкомпонентных сейсмовибрационных датчиков;

- соединительных кабелей;

- многоканального аналого-цифрового преобразователя;

- компьютера с пакетом программ "Струна" для анализа сейсмовибрационных сигналов. (фот. 2.1);

- сейсмовибрационных трехкомпонентных датчиков.

2.5. Дополнительно используются лазерная рулетка и ультразвуковой прибор для измерения скорости прохождения ультразвука в материале несущих строительных конструкций.

Фото 2.1. Состав комплекса "Струна"

для динамико-геофизических испытаний системы "грунт-здание"

2.6. Сейсмовибрационные датчики в зависимости от поверхности, на которую они устанавливаются, устанавливаются на ножки или примагничиваются. (фото 2.2 - 2.3)

2.7. В настоящей технологической карте показывается пример использования аналоговых датчиков с кабельным соединением. Установленные для испытаний датчики через кабели соединяются АЦП, а АЦП с компьютером. Существует 2 типа соединения датчиков с АЦП. Присоединения датчика кабелем напрямую к АЦП и присоединение датчика через катушку (фото 2.4). Катушка используется для увеличения длины кабеля на 100 м. Короткий кабель применяется в тех случаях, когда датчик устанавливается рядом с оператором.

Фото 2.4. Пример соединения датчиков через катушку

и короткий кабель с АЦП

Фото 2.5. Пункт сбора динамических данных на отм. +144,50 м

в железобетонной части башни

2.8. Проведение работ начинается с расстановки датчиков на объекте. Для оперативной оценки достаточно измерений с использованием 1 - 3 - 5 датчиков. Первый датчик ставится в основании сооружения, второй датчик ставится на среднем уровне сооружения, третий датчик ставится на максимально возможной высоте. При использовании одного датчика измерения выполняются последовательно, как правило, минимально необходимо сделать измерения в верхней части сооружения и его основании.

2.9. При расстановке датчиков следует руководствоваться следующими требованиями:

- оси датчиков должны быть направлены одинаково для всех датчиков;

- датчики должны быть установлены на поверхности надежно передающей собственные колебания контролируемой конструктивной системы сооружения;

- для надежного получения собственных колебаний сооружения датчики необходимо устанавливать в районе ядер и диафрагм жесткости, лифтовых шахт, лестничных клеток.

2.10. Все варианты расстановки датчиков на объекте зарисовываются на схемах расстановки датчиков, дополнительно производится описание схемы расстановки датчиков с фотографиями мест расстановки датчиков и места оператора.

2.11. Для каждого варианта расстановки датчиков производится не менее 8 измерений.

2.12. Оператор должен убедиться, что спектры колебаний снятых динамических данных имеют достоверный характер и пригодны для последующей обработки.

2.13. Явный признак достоверности данных - наличие ярко выраженного пика основного тона колебаний на верхнем датчике (рис. 2.3), нижняя строка.

2.14. Если на спектрах колебаний не регистрируются ярко выраженные пики, то необходимо создать собственные колебания здания путем динамического воздействия: от проезда рядом со зданием тяжелого транспорта, ударов по грунту в основании здания ковшом экскаватора или виброударными установками. Можно привести здания к собственным колебаниям путем создания вибровоздействия внутри здания: ударами мягкого груза, проездом лифтовой кабины. Например, привести к собственным колебаниям можно ударами 5 - 10 кг грушей по несущим конструкциям здания, проездом грузовой машины через бревно недалеко от здания и другими методами.

Рис. 2.3 Пример спектра колебаний башни по оси X

2.15. Для сооружений большой высоты при невозможности охватить всю высоту в целом необходимо разбить сооружение на уровни и проводить измерения по уровням.

Рис 2.4 Пример спектра колебаний башни по оси Y

2.16. По завершении измерений по уровням, выполнить измерения на нижнем, среднем и верхнем уровням в плане путем расстановки датчиков крестом.

2.17. Выполнить обработку полученных динамических данных, из которых определить первые тона собственных колебаний сооружения по пространственным осям.

2.18. При выборе первого тона собственных колебаний следует руководствоваться следующими принципами:

- в промежутке от 0 до 1 Гц вероятна запись качания башни;

- следует выбирать первый выделяющийся (высокий) пик;

- необходимо просмотреть все данные одной серии измерений и выбрать повторяющиеся значения, чем больше проведено измерений, тем точнее будет результат определения пика первого тона собственных колебаний здания.

2.19. Для определения нормативного периода собственных колебаний необходимо вычислить его по формуле 1:

T = k x N (1), <*> где

N - количество этажей в сооружении;

k - коэффициент, зависящий от конструктивного типа здания из таблицы 2.1.

--------------------------------

<*> Формула работает для сооружений близких в плане к квадрату или кругу, для сооружений с отличающейся планировкой необходимо применять специальные расчеты.

2.20. Для приблизительного определения категории технического состояния здания необходимо вычислить дефицит жесткости по формуле 2:

(2), <**> где

T_н - нормативное значение периода собственных колебаний зданий;

T - реальное значение периода собственных колебаний зданий.

--------------------------------

<**> Для точного расчета дефицита жесткости необходимо применять выражение через квадраты нормативных и экспериментально-полученных значений квадратов частот собственных колебаний здания или его блоков.

2.21. По полученным значениям дефицита жесткости можно приблизительно определить категории технического состояния здания.

2.22. При обследовании нетиповых сооружений пользоваться данными формулами не рекомендуется. Необходимо обратиться за помощью к экспертам или рассчитать нормативные параметры в специализированных программных пакетах (например, Лира-Софт).

Таблица N 2.1. Коэффициент k для наиболее распространенных типов зданий, при грунтах средней плотности

Таблица N 2.2. Степень повреждения зданий и сооружений в зависимости от изменения фактического периода собственных колебаний здания (сооружения) по сравнению с нормативным (проектным) значением

Пример оформления результатов динамических испытаний:

Таблица N 7.4. Результаты вычислений дефицита жесткости и категории состояния здания с учетом перемещения конструкций:

Выводы: по результатам анализа динамико-геофизических испытаний сооружения видно, что жесткость сооружения согласно ГОСТ 31937-2011 "Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния" соответствует категории технического состояния "работоспособное", плита перекрытия на отм. +145,27 находится в "работоспособном" состоянии (см. табл. N 7.4).